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Theorem smfresal

Description: Given a sigma-measurable function, the subsets of RR whose preimage is in the sigma-algebra induced by the function's domain, form a sigma-algebra. First part of the proof of Proposition 121E (f) of Fremlin1 p. 38 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses smfresal.s φ S SAlg
smfresal.f φ F SMblFn S
smfresal.d D = dom F
smfresal.t T = e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
Assertion smfresal φ T SAlg

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 smfresal.s φ S SAlg
2 smfresal.f φ F SMblFn S
3 smfresal.d D = dom F
4 smfresal.t T = e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
5 reex V
6 5 pwex 𝒫 V
7 4 6 rabex2 T V
8 7 a1i φ T V
9 0elpw 𝒫
10 9 a1i φ 𝒫
11 ima0 F -1 =
12 11 a1i φ F -1 =
13 1 uniexd φ S V
14 1 2 3 smfdmss φ D S
15 13 14 ssexd φ D V
16 eqid S 𝑡 D = S 𝑡 D
17 1 15 16 subsalsal φ S 𝑡 D SAlg
18 17 0sald φ S 𝑡 D
19 12 18 eqeltrd φ F -1 S 𝑡 D
20 10 19 jca φ 𝒫 F -1 S 𝑡 D
21 imaeq2 e = F -1 e = F -1
22 21 eleq1d e = F -1 e S 𝑡 D F -1 S 𝑡 D
23 22 4 elrab2 T 𝒫 F -1 S 𝑡 D
24 20 23 sylibr φ T
25 eqid T = T
26 nfv y φ
27 nfcv _ e y
28 nfrab1 _ e e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
29 4 28 nfcxfr _ e T
30 27 29 eluni2f y T e T y e
31 30 bilani φ y T e T y e
32 nfv e φ
33 29 nfuni _ e T
34 27 33 nfel e y T
35 32 34 nfan e φ y T
36 27 nfel1 e y
37 4 eleq2i e T e e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
38 37 biimpi e T e e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
39 rabidim1 e e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D e 𝒫
40 38 39 syl e T e 𝒫
41 elpwi e 𝒫 e
42 40 41 syl e T e
43 42 adantr e T y e e
44 simpr e T y e y e
45 43 44 sseldd e T y e y
46 45 ex e T y e y
47 46 a1i φ y T e T y e y
48 35 36 47 rexlimd φ y T e T y e y
49 31 48 mpd φ y T y
50 49 ex φ y T y
51 ovexd φ y 1 y + 1 V
52 ioossre y 1 y + 1
53 52 a1i φ y 1 y + 1
54 51 53 elpwd φ y 1 y + 1 𝒫
55 54 adantr φ y y 1 y + 1 𝒫
56 1 2 3 smff φ F : D
57 56 ffnd φ F Fn D
58 fncnvima2 F Fn D F -1 y 1 y + 1 = x D | F x y 1 y + 1
59 57 58 syl φ F -1 y 1 y + 1 = x D | F x y 1 y + 1
60 59 adantr φ y F -1 y 1 y + 1 = x D | F x y 1 y + 1
61 nfv x φ y
62 1 adantr φ y S SAlg
63 15 adantr φ y D V
64 56 adantr φ x D F : D
65 simpr φ x D x D
66 64 65 ffvelcdmd φ x D F x
67 66 adantlr φ y x D F x
68 56 feqmptd φ F = x D F x
69 68 eqcomd φ x D F x = F
70 69 2 eqeltrd φ x D F x SMblFn S
71 70 adantr φ y x D F x SMblFn S
72 peano2rem y y 1
73 72 rexrd y y 1 *
74 73 adantl φ y y 1 *
75 peano2re y y + 1
76 75 rexrd y y + 1 *
77 76 adantl φ y y + 1 *
78 61 62 63 67 71 74 77 smfpimioompt φ y x D | F x y 1 y + 1 S 𝑡 D
79 60 78 eqeltrd φ y F -1 y 1 y + 1 S 𝑡 D
80 55 79 jca φ y y 1 y + 1 𝒫 F -1 y 1 y + 1 S 𝑡 D
81 imaeq2 e = y 1 y + 1 F -1 e = F -1 y 1 y + 1
82 81 eleq1d e = y 1 y + 1 F -1 e S 𝑡 D F -1 y 1 y + 1 S 𝑡 D
83 82 4 elrab2 y 1 y + 1 T y 1 y + 1 𝒫 F -1 y 1 y + 1 S 𝑡 D
84 80 83 sylibr φ y y 1 y + 1 T
85 id y y
86 ltm1 y y 1 < y
87 ltp1 y y < y + 1
88 73 76 85 86 87 eliood y y y 1 y + 1
89 88 adantl φ y y y 1 y + 1
90 nfv e y y 1 y + 1
91 nfcv _ e y 1 y + 1
92 eleq2 e = y 1 y + 1 y e y y 1 y + 1
93 90 91 29 92 rspcef y 1 y + 1 T y y 1 y + 1 e T y e
94 84 89 93 syl2anc φ y e T y e
95 94 30 sylibr φ y y T
96 95 ex φ y y T
97 50 96 impbid φ y T y
98 26 97 alrimi φ y y T y
99 dfcleq T = y y T y
100 98 99 sylibr φ T =
101 100 difeq1d φ T x = x
102 101 adantr φ x T T x = x
103 difss x
104 5 103 ssexi x V
105 elpwg x V x 𝒫 x
106 104 105 ax-mp x 𝒫 x
107 103 106 mpbir x 𝒫
108 107 a1i φ x T x 𝒫
109 56 ffund φ Fun F
110 difpreima Fun F F -1 x = F -1 F -1 x
111 109 110 syl φ F -1 x = F -1 F -1 x
112 fimacnv F : D F -1 = D
113 56 112 syl φ F -1 = D
114 1 14 restuni4 φ S 𝑡 D = D
115 113 114 eqtr4d φ F -1 = S 𝑡 D
116 115 difeq1d φ F -1 F -1 x = S 𝑡 D F -1 x
117 111 116 eqtrd φ F -1 x = S 𝑡 D F -1 x
118 117 adantr φ x T F -1 x = S 𝑡 D F -1 x
119 17 adantr φ x T S 𝑡 D SAlg
120 imaeq2 e = x F -1 e = F -1 x
121 120 eleq1d e = x F -1 e S 𝑡 D F -1 x S 𝑡 D
122 121 4 elrab2 x T x 𝒫 F -1 x S 𝑡 D
123 122 biimpi x T x 𝒫 F -1 x S 𝑡 D
124 123 simprd x T F -1 x S 𝑡 D
125 124 adantl φ x T F -1 x S 𝑡 D
126 119 125 saldifcld φ x T S 𝑡 D F -1 x S 𝑡 D
127 118 126 eqeltrd φ x T F -1 x S 𝑡 D
128 108 127 jca φ x T x 𝒫 F -1 x S 𝑡 D
129 imaeq2 e = x F -1 e = F -1 x
130 129 eleq1d e = x F -1 e S 𝑡 D F -1 x S 𝑡 D
131 130 4 elrab2 x T x 𝒫 F -1 x S 𝑡 D
132 128 131 sylibr φ x T x T
133 102 132 eqeltrd φ x T T x T
134 nnex V
135 fvex g n V
136 134 135 iunex n g n V
137 136 a1i g : T n g n V
138 ffvelcdm g : T n g n T
139 4 eleq2i g n T g n e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
140 139 biimpi g n T g n e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D
141 elrabi g n e 𝒫 | F -1 e S 𝑡 D g n 𝒫
142 elpwi g n 𝒫 g n
143 138 140 141 142 4syl g : T n g n
144 143 iunssd g : T n g n
145 137 144 elpwd g : T n g n 𝒫
146 145 adantl φ g : T n g n 𝒫
147 imaiun F -1 n g n = n F -1 g n
148 147 a1i φ g : T F -1 n g n = n F -1 g n
149 17 adantr φ g : T S 𝑡 D SAlg
150 nnct ω
151 150 a1i φ g : T ω
152 imaeq2 e = g n F -1 e = F -1 g n
153 152 eleq1d e = g n F -1 e S 𝑡 D F -1 g n S 𝑡 D
154 153 4 elrab2 g n T g n 𝒫 F -1 g n S 𝑡 D
155 154 biimpi g n T g n 𝒫 F -1 g n S 𝑡 D
156 155 simprd g n T F -1 g n S 𝑡 D
157 138 156 syl g : T n F -1 g n S 𝑡 D
158 157 adantll φ g : T n F -1 g n S 𝑡 D
159 149 151 158 saliuncl φ g : T n F -1 g n S 𝑡 D
160 148 159 eqeltrd φ g : T F -1 n g n S 𝑡 D
161 146 160 jca φ g : T n g n 𝒫 F -1 n g n S 𝑡 D
162 imaeq2 e = n g n F -1 e = F -1 n g n
163 162 eleq1d e = n g n F -1 e S 𝑡 D F -1 n g n S 𝑡 D
164 163 4 elrab2 n g n T n g n 𝒫 F -1 n g n S 𝑡 D
165 161 164 sylibr φ g : T n g n T
166 8 24 25 133 165 issalnnd φ T SAlg