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Theorem smfmullem3

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 smfmullem3.r ⊢ φ → R ∈ ℝ
smfmullem3.k ⊢ K = q ∈ ℚ 0 … 3 | ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < R
smfmullem3.u ⊢ φ → U ∈ ℝ
smfmullem3.v ⊢ φ → V ∈ ℝ
smfmullem3.l ⊢ φ → U ⁢ V < R
smfmullem3.x ⊢ X = R − U ⁢ V 1 + U + V
smfmullem3.y ⊢ Y = if 1 ≤ X 1 X
Assertion smfmullem3 ⊢ φ → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 smfmullem3.r ⊢ φ → R ∈ ℝ
2 smfmullem3.k ⊢ K = q ∈ ℚ 0 … 3 | ∀ u ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∀ v ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3 u ⁢ v < R
3 smfmullem3.u ⊢ φ → U ∈ ℝ
4 smfmullem3.v ⊢ φ → V ∈ ℝ
5 smfmullem3.l ⊢ φ → U ⁢ V < R
6 smfmullem3.x ⊢ X = R − U ⁢ V 1 + U + V
7 smfmullem3.y ⊢ Y = if 1 ≤ X 1 X
8 7 a1i ⊢ φ → Y = if 1 ≤ X 1 X
9 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
10 9 a1i ⊢ φ → 1 ∈ ℝ +
11 6 a1i ⊢ φ → X = R − U ⁢ V 1 + U + V
12 3 4 remulcld ⊢ φ → U ⁢ V ∈ ℝ
13 difrp ⊢ U ⁢ V ∈ ℝ ∧ R ∈ ℝ → U ⁢ V < R ↔ R − U ⁢ V ∈ ℝ +
14 12 1 13 syl2anc ⊢ φ → U ⁢ V < R ↔ R − U ⁢ V ∈ ℝ +
15 5 14 mpbid ⊢ φ → R − U ⁢ V ∈ ℝ +
16 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
17 16 a1i ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
18 3 recnd ⊢ φ → U ∈ ℂ
19 18 abscld ⊢ φ → U ∈ ℝ
20 4 recnd ⊢ φ → V ∈ ℂ
21 20 abscld ⊢ φ → V ∈ ℝ
22 19 21 readdcld ⊢ φ → U + V ∈ ℝ
23 17 22 readdcld ⊢ φ → 1 + U + V ∈ ℝ
24 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
25 24 a1i ⊢ φ → 0 ∈ ℝ
26 10 rpgt0d ⊢ φ → 0 < 1
27 0red ⊢ φ → 0 ∈ ℝ
28 18 absge0d ⊢ φ → 0 ≤ U
29 20 absge0d ⊢ φ → 0 ≤ V
30 19 21 addge01d ⊢ φ → 0 ≤ V ↔ U ≤ U + V
31 29 30 mpbid ⊢ φ → U ≤ U + V
32 27 19 22 28 31 letrd ⊢ φ → 0 ≤ U + V
33 17 22 addge01d ⊢ φ → 0 ≤ U + V ↔ 1 ≤ 1 + U + V
34 32 33 mpbid ⊢ φ → 1 ≤ 1 + U + V
35 25 17 23 26 34 ltletrd ⊢ φ → 0 < 1 + U + V
36 23 35 elrpd ⊢ φ → 1 + U + V ∈ ℝ +
37 15 36 rpdivcld ⊢ φ → R − U ⁢ V 1 + U + V ∈ ℝ +
38 11 37 eqeltrd ⊢ φ → X ∈ ℝ +
39 10 38 ifcld ⊢ φ → if 1 ≤ X 1 X ∈ ℝ +
40 8 39 eqeltrd ⊢ φ → Y ∈ ℝ +
41 40 rpred ⊢ φ → Y ∈ ℝ
42 3 41 resubcld ⊢ φ → U − Y ∈ ℝ
43 42 rexrd ⊢ φ → U − Y ∈ ℝ *
44 3 rexrd ⊢ φ → U ∈ ℝ *
45 3 40 ltsubrpd ⊢ φ → U − Y < U
46 43 44 45 qelioo ⊢ φ → ∃ p ∈ ℚ p ∈ U − Y U
47 3 41 readdcld ⊢ φ → U + Y ∈ ℝ
48 47 rexrd ⊢ φ → U + Y ∈ ℝ *
49 3 40 ltaddrpd ⊢ φ → U < U + Y
50 44 48 49 qelioo ⊢ φ → ∃ r ∈ ℚ r ∈ U U + Y
51 50 ad2antrr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U → ∃ r ∈ ℚ r ∈ U U + Y
52 simp-4l ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y → φ
53 4 41 resubcld ⊢ φ → V − Y ∈ ℝ
54 53 rexrd ⊢ φ → V − Y ∈ ℝ *
55 4 rexrd ⊢ φ → V ∈ ℝ *
56 4 40 ltsubrpd ⊢ φ → V − Y < V
57 54 55 56 qelioo ⊢ φ → ∃ s ∈ ℚ s ∈ V − Y V
58 52 57 syl ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y → ∃ s ∈ ℚ s ∈ V − Y V
59 52 ad2antrr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V → φ
60 4 41 readdcld ⊢ φ → V + Y ∈ ℝ
61 60 rexrd ⊢ φ → V + Y ∈ ℝ *
62 4 40 ltaddrpd ⊢ φ → V < V + Y
63 55 61 62 qelioo ⊢ φ → ∃ z ∈ ℚ z ∈ V V + Y
64 59 63 syl ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V → ∃ z ∈ ℚ z ∈ V V + Y
65 1 ad8antr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → R ∈ ℝ
66 3 ad8antr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → U ∈ ℝ
67 4 ad8antr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → V ∈ ℝ
68 5 ad8antr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → U ⁢ V < R
69 simp-8r ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → p ∈ ℚ
70 simp-6r ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → r ∈ ℚ
71 simp-4r ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → s ∈ ℚ
72 simplr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → z ∈ ℚ
73 simp-7r ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → p ∈ U − Y U
74 simp-5r ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → r ∈ U U + Y
75 simpllr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → s ∈ V − Y V
76 simpr ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → z ∈ V V + Y
77 65 2 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 6 7 smfmullem2 ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V ∧ z ∈ ℚ ∧ z ∈ V V + Y → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
78 77 rexlimdva2 ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V → ∃ z ∈ ℚ z ∈ V V + Y → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
79 64 78 mpd ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y ∧ s ∈ ℚ ∧ s ∈ V − Y V → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
80 79 rexlimdva2 ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y → ∃ s ∈ ℚ s ∈ V − Y V → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
81 58 80 mpd ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U ∧ r ∈ ℚ ∧ r ∈ U U + Y → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
82 81 rexlimdva2 ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U → ∃ r ∈ ℚ r ∈ U U + Y → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
83 51 82 mpd ⊢ φ ∧ p ∈ ℚ ∧ p ∈ U − Y U → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
84 83 rexlimdva2 ⊢ φ → ∃ p ∈ ℚ p ∈ U − Y U → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3
85 46 84 mpd ⊢ φ → ∃ q ∈ K U ∈ q ⁡ 0 q ⁡ 1 ∧ V ∈ q ⁡ 2 q ⁡ 3