Metamath Proof Explorer


Theorem smfmullem2

Description: The multiplication of two sigma-measurable functions is measurable: this is the step (i) of the proof of Proposition 121E (d) of Fremlin1 p. 37 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses smfmullem2.a ⊢ φ → A ∈ ℝ
smfmullem2.k ⊢ K = q ∈ ℚ 0 … 3 | ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A
smfmullem2.u ⊢ φ → U ∈ ℝ
smfmullem2.v ⊢ φ → V ∈ ℝ
smfmullem2.l ⊢ φ → U ⁢ V < A
smfmullem2.p ⊢ φ → P ∈ ℚ
smfmullem2.r ⊢ φ → R ∈ ℚ
smfmullem2.s ⊢ φ → S ∈ ℚ
smfmullem2.z ⊢ φ → Z ∈ ℚ
smfmullem2.p2 ⊢ φ → P ∈ U − Y U
smfmullem2.42 ⊢ φ → R ∈ U U + Y
smfmullem2.w2 ⊢ φ → S ∈ V − Y V
smfmullem2.z2 ⊢ φ → Z ∈ V V + Y
smfmullem2.x ⊢ X = A − U ⁢ V 1 + U + V
smfmullem2.y ⊢ Y = if 1 ≤ X 1 X
Assertion smfmullem2 ⊢ φ → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 smfmullem2.a ⊢ φ → A ∈ ℝ
2 smfmullem2.k ⊢ K = q ∈ ℚ 0 … 3 | ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A
3 smfmullem2.u ⊢ φ → U ∈ ℝ
4 smfmullem2.v ⊢ φ → V ∈ ℝ
5 smfmullem2.l ⊢ φ → U ⁢ V < A
6 smfmullem2.p ⊢ φ → P ∈ ℚ
7 smfmullem2.r ⊢ φ → R ∈ ℚ
8 smfmullem2.s ⊢ φ → S ∈ ℚ
9 smfmullem2.z ⊢ φ → Z ∈ ℚ
10 smfmullem2.p2 ⊢ φ → P ∈ U − Y U
11 smfmullem2.42 ⊢ φ → R ∈ U U + Y
12 smfmullem2.w2 ⊢ φ → S ∈ V − Y V
13 smfmullem2.z2 ⊢ φ → Z ∈ V V + Y
14 smfmullem2.x ⊢ X = A − U ⁢ V 1 + U + V
15 smfmullem2.y ⊢ Y = if 1 ≤ X 1 X
16 6 7 8 9 s4cld ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ Word ℚ
17 s4len ⊢ ⟨“ PRSZ ”⟩ = 4
18 17 a1i ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ = 4
19 16 18 jca ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ Word ℚ ∧ ⟨“ PRSZ ”⟩ = 4
20 qex ⊢ ℚ ∈ V
21 20 a1i ⊢ φ → ℚ ∈ V
22 4nn0 ⊢ 4 ∈ ℕ 0
23 22 a1i ⊢ φ → 4 ∈ ℕ 0
24 wrdmap ⊢ ℚ ∈ V ∧ 4 ∈ ℕ 0 → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ Word ℚ ∧ ⟨“ PRSZ ”⟩ = 4 ↔ ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ ℚ 0 ..^ 4
25 21 23 24 syl2anc ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ Word ℚ ∧ ⟨“ PRSZ ”⟩ = 4 ↔ ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ ℚ 0 ..^ 4
26 19 25 mpbid ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ ℚ 0 ..^ 4
27 3z ⊢ 3 ∈ ℤ
28 fzval3 ⊢ 3 ∈ ℤ → 0 … 3 = 0 ..^ 3 + 1
29 27 28 ax-mp ⊢ 0 … 3 = 0 ..^ 3 + 1
30 3p1e4 ⊢ 3 + 1 = 4
31 30 oveq2i ⊢ 0 ..^ 3 + 1 = 0 ..^ 4
32 29 31 eqtri ⊢ 0 … 3 = 0 ..^ 4
33 32 eqcomi ⊢ 0 ..^ 4 = 0 … 3
34 33 a1i ⊢ φ → 0 ..^ 4 = 0 … 3
35 34 oveq2d ⊢ φ → ℚ 0 ..^ 4 = ℚ 0 … 3
36 26 35 eleqtrd ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ ℚ 0 … 3
37 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 → u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1
38 s4fv0 ⊢ P ∈ ℚ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 = P
39 6 38 syl ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 = P
40 s4fv1 ⊢ R ∈ ℚ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 = R
41 7 40 syl ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 = R
42 39 41 oveq12d ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 = P R
43 42 adantr ⊢ φ ∧ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 = P R
44 37 43 eleqtrd ⊢ φ ∧ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 → u ∈ P R
45 simpr ⊢ φ ∧ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
46 s4fv2 ⊢ S ∈ ℚ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 = S
47 8 46 syl ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 = S
48 s4fv3 ⊢ Z ∈ ℚ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 = Z
49 9 48 syl ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 = Z
50 47 49 oveq12d ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 = S Z
51 50 adantr ⊢ φ ∧ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 = S Z
52 45 51 eleqtrd ⊢ φ ∧ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → v ∈ S Z
53 simpr ⊢ φ ∧ v ∈ S Z → v ∈ S Z
54 52 53 syldan ⊢ φ ∧ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → v ∈ S Z
55 54 adantlr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → v ∈ S Z
56 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → A ∈ ℝ
57 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → U ∈ ℝ
58 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → V ∈ ℝ
59 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → U ⁢ V < A
60 10 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → P ∈ U − Y U
61 11 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → R ∈ U U + Y
62 12 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → S ∈ V − Y V
63 13 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → Z ∈ V V + Y
64 simplr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → u ∈ P R
65 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → v ∈ S Z
66 56 57 58 59 14 15 60 61 62 63 64 65 smfmullem1 ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ S Z → u ⁢ v < A
67 55 66 syldan ⊢ φ ∧ u ∈ P R ∧ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → u ⁢ v < A
68 67 ralrimiva ⊢ φ ∧ u ∈ P R → ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
69 44 68 syldan ⊢ φ ∧ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 → ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
70 69 ralrimiva ⊢ φ → ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
71 36 70 jca ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ ℚ 0 … 3 ∧ ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
72 fveq1 ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → q ⁡ 0 = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0
73 fveq1 ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → q ⁡ 1 = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1
74 72 73 oveq12d ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → q ⁡ 0 q ⁡ 1 = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1
75 74 raleqdv ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A ↔ ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A
76 fveq1 ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → q ⁡ 2 = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2
77 fveq1 ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → q ⁡ 3 = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
78 76 77 oveq12d ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → q ⁡ 2 q ⁡ 3 = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
79 78 raleqdv ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A ↔ ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
80 79 ralbidv ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A ↔ ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
81 75 80 bitrd ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A ↔ ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
82 81 2 elrab2 ⊢ ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ K ↔ ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ ℚ 0 … 3 ∧ ∀ u ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∀ v ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 u ⁢ v < A
83 71 82 sylibr ⊢ φ → ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ K
84 qssre ⊢ ℚ ⊆ ℝ
85 84 6 sselid ⊢ φ → P ∈ ℝ
86 85 rexrd ⊢ φ → P ∈ ℝ *
87 84 7 sselid ⊢ φ → R ∈ ℝ
88 87 rexrd ⊢ φ → R ∈ ℝ *
89 15 a1i ⊢ φ → Y = if 1 ≤ X 1 X
90 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
91 90 a1i ⊢ φ → 1 ∈ ℝ +
92 14 a1i ⊢ φ → X = A − U ⁢ V 1 + U + V
93 3 4 remulcld ⊢ φ → U ⁢ V ∈ ℝ
94 difrp ⊢ U ⁢ V ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ → U ⁢ V < A ↔ A − U ⁢ V ∈ ℝ +
95 93 1 94 syl2anc ⊢ φ → U ⁢ V < A ↔ A − U ⁢ V ∈ ℝ +
96 5 95 mpbid ⊢ φ → A − U ⁢ V ∈ ℝ +
97 1red ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
98 3 recnd ⊢ φ → U ∈ ℂ
99 98 abscld ⊢ φ → U ∈ ℝ
100 4 recnd ⊢ φ → V ∈ ℂ
101 100 abscld ⊢ φ → V ∈ ℝ
102 99 101 readdcld ⊢ φ → U + V ∈ ℝ
103 97 102 readdcld ⊢ φ → 1 + U + V ∈ ℝ
104 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
105 104 a1i ⊢ φ → 0 ∈ ℝ
106 91 rpgt0d ⊢ φ → 0 < 1
107 98 absge0d ⊢ φ → 0 ≤ U
108 100 absge0d ⊢ φ → 0 ≤ V
109 99 101 addge01d ⊢ φ → 0 ≤ V ↔ U ≤ U + V
110 108 109 mpbid ⊢ φ → U ≤ U + V
111 105 99 102 107 110 letrd ⊢ φ → 0 ≤ U + V
112 97 102 addge01d ⊢ φ → 0 ≤ U + V ↔ 1 ≤ 1 + U + V
113 111 112 mpbid ⊢ φ → 1 ≤ 1 + U + V
114 105 97 103 106 113 ltletrd ⊢ φ → 0 < 1 + U + V
115 103 114 elrpd ⊢ φ → 1 + U + V ∈ ℝ +
116 96 115 rpdivcld ⊢ φ → A − U ⁢ V 1 + U + V ∈ ℝ +
117 92 116 eqeltrd ⊢ φ → X ∈ ℝ +
118 91 117 ifcld ⊢ φ → if 1 ≤ X 1 X ∈ ℝ +
119 89 118 eqeltrd ⊢ φ → Y ∈ ℝ +
120 119 rpred ⊢ φ → Y ∈ ℝ
121 3 120 resubcld ⊢ φ → U − Y ∈ ℝ
122 121 rexrd ⊢ φ → U − Y ∈ ℝ *
123 3 rexrd ⊢ φ → U ∈ ℝ *
124 iooltub ⊢ U − Y ∈ ℝ * ∧ U ∈ ℝ * ∧ P ∈ U − Y U → P < U
125 122 123 10 124 syl3anc ⊢ φ → P < U
126 3 120 readdcld ⊢ φ → U + Y ∈ ℝ
127 126 rexrd ⊢ φ → U + Y ∈ ℝ *
128 ioogtlb ⊢ U ∈ ℝ * ∧ U + Y ∈ ℝ * ∧ R ∈ U U + Y → U < R
129 123 127 11 128 syl3anc ⊢ φ → U < R
130 86 88 3 125 129 eliood ⊢ φ → U ∈ P R
131 42 eqcomd ⊢ φ → P R = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1
132 130 131 eleqtrd ⊢ φ → U ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1
133 84 8 sselid ⊢ φ → S ∈ ℝ
134 133 rexrd ⊢ φ → S ∈ ℝ *
135 84 9 sselid ⊢ φ → Z ∈ ℝ
136 135 rexrd ⊢ φ → Z ∈ ℝ *
137 4 120 resubcld ⊢ φ → V − Y ∈ ℝ
138 137 rexrd ⊢ φ → V − Y ∈ ℝ *
139 4 rexrd ⊢ φ → V ∈ ℝ *
140 iooltub ⊢ V − Y ∈ ℝ * ∧ V ∈ ℝ * ∧ S ∈ V − Y V → S < V
141 138 139 12 140 syl3anc ⊢ φ → S < V
142 4 120 readdcld ⊢ φ → V + Y ∈ ℝ
143 142 rexrd ⊢ φ → V + Y ∈ ℝ *
144 ioogtlb ⊢ V ∈ ℝ * ∧ V + Y ∈ ℝ * ∧ Z ∈ V V + Y → V < Z
145 139 143 13 144 syl3anc ⊢ φ → V < Z
146 134 136 4 141 145 eliood ⊢ φ → V ∈ S Z
147 50 eqcomd ⊢ φ → S Z = ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
148 146 147 eleqtrd ⊢ φ → V ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
149 132 148 jca ⊢ φ → U ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∧ V ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
150 nfv ⊢ Ⅎ q U ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∧ V ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
151 nfcv ⊢ Ⅎ _ q ⟨“ PRSZ ”⟩
152 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ q q ∈ ℚ 0 … 3 | ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < A
153 2 152 nfcxfr ⊢ Ⅎ _ q K
154 74 eleq2d ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ↔ U ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1
155 78 eleq2d ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 ↔ V ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
156 154 155 anbi12d ⊢ q = ⟨“ PRSZ ”⟩ → U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 ↔ U ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∧ V ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3
157 150 151 153 156 rspcef ⊢ ⟨“ PRSZ ”⟩ ∈ K ∧ U ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 0 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 1 ∧ V ∈ ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 2 ⟨“ PRSZ ”⟩ ⁡ 3 → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
158 83 149 157 syl2anc ⊢ φ → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3