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Theorem volmeas

Description: The Lebesgue measure is a measure. (Contributed by Thierry Arnoux, 16-Oct-2017)

Ref Expression
Assertion volmeas ⊢ vol ∈ measures ⁡ dom ⁡ vol

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 volf ⊢ vol : dom ⁡ vol ⟶ 0 +∞
2 fvssunirn ⊢ sigAlgebra ⁡ ℝ ⊆ ⋃ ran ⁡ sigAlgebra
3 dmvlsiga ⊢ dom ⁡ vol ∈ sigAlgebra ⁡ ℝ
4 2 3 sselii ⊢ dom ⁡ vol ∈ ⋃ ran ⁡ sigAlgebra
5 0elsiga ⊢ dom ⁡ vol ∈ ⋃ ran ⁡ sigAlgebra → ∅ ∈ dom ⁡ vol
6 4 5 ax-mp ⊢ ∅ ∈ dom ⁡ vol
7 mblvol ⊢ ∅ ∈ dom ⁡ vol → vol ⁡ ∅ = vol * ⁡ ∅
8 6 7 ax-mp ⊢ vol ⁡ ∅ = vol * ⁡ ∅
9 ovol0 ⊢ vol * ⁡ ∅ = 0
10 8 9 eqtri ⊢ vol ⁡ ∅ = 0
11 simpr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin → x ∈ Fin
12 nfv ⊢ Ⅎ y x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol
13 nfv ⊢ Ⅎ y x ≼ ω
14 nfdisj1 ⊢ Ⅎ y Disj y ∈ x y
15 13 14 nfan ⊢ Ⅎ y x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y
16 12 15 nfan ⊢ Ⅎ y x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y
17 nfv ⊢ Ⅎ y x ∈ Fin
18 16 17 nfan ⊢ Ⅎ y x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin
19 elpwi ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol → x ⊆ dom ⁡ vol
20 19 ad3antrrr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin ∧ y ∈ x → x ⊆ dom ⁡ vol
21 simpr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin ∧ y ∈ x → y ∈ x
22 20 21 sseldd ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin ∧ y ∈ x → y ∈ dom ⁡ vol
23 22 ex ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin → y ∈ x → y ∈ dom ⁡ vol
24 18 23 ralrimi ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin → ∀ y ∈ x y ∈ dom ⁡ vol
25 simplrr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin → Disj y ∈ x y
26 uniiun ⊢ ⋃ x = ⋃ y ∈ x y
27 26 fveq2i ⊢ vol ⁡ ⋃ x = vol ⁡ ⋃ y ∈ x y
28 volfiniune ⊢ x ∈ Fin ∧ ∀ y ∈ x y ∈ dom ⁡ vol ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ y ∈ x y = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
29 27 28 eqtrid ⊢ x ∈ Fin ∧ ∀ y ∈ x y ∈ dom ⁡ vol ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
30 11 24 25 29 syl3anc ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ x ∈ Fin → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
31 bren ⊢ ℕ ≈ x ↔ ∃ f f : ℕ ⟶ 1-1 onto x
32 nfv ⊢ Ⅎ n x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x
33 nfcv ⊢ Ⅎ _ n vol ⁡ y
34 nfcv ⊢ Ⅎ _ y vol ⁡ f ⁡ n
35 nfcv ⊢ Ⅎ _ n x
36 nfcv ⊢ Ⅎ _ n ℕ
37 nfcv ⊢ Ⅎ _ n f
38 fveq2 ⊢ y = f ⁡ n → vol ⁡ y = vol ⁡ f ⁡ n
39 simpl ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol
40 simpr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → f : ℕ ⟶ 1-1 onto x
41 eqidd ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ n ∈ ℕ → f ⁡ n = f ⁡ n
42 1 a1i ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ y ∈ x → vol : dom ⁡ vol ⟶ 0 +∞
43 39 19 syl ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → x ⊆ dom ⁡ vol
44 43 sselda ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ y ∈ x → y ∈ dom ⁡ vol
45 42 44 ffvelcdmd ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ y ∈ x → vol ⁡ y ∈ 0 +∞
46 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 45 esumf1o ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → ∑ * y ∈ x vol ⁡ y = ∑ * n ∈ ℕ vol ⁡ f ⁡ n
47 46 adantlr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → ∑ * y ∈ x vol ⁡ y = ∑ * n ∈ ℕ vol ⁡ f ⁡ n
48 19 ad3antrrr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ n ∈ ℕ → x ⊆ dom ⁡ vol
49 f1of ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → f : ℕ ⟶ x
50 49 adantl ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → f : ℕ ⟶ x
51 50 ffvelcdmda ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ n ∈ ℕ → f ⁡ n ∈ x
52 48 51 sseldd ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ n ∈ ℕ → f ⁡ n ∈ dom ⁡ vol
53 52 ralrimiva ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → ∀ n ∈ ℕ f ⁡ n ∈ dom ⁡ vol
54 simpr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → f : ℕ ⟶ 1-1 onto x
55 simplrr ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → Disj y ∈ x y
56 id ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → f : ℕ ⟶ 1-1 onto x
57 simpr ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ y = f ⁡ n → y = f ⁡ n
58 56 57 disjrdx ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → Disj n ∈ ℕ f ⁡ n ↔ Disj y ∈ x y
59 58 biimpar ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x ∧ Disj y ∈ x y → Disj n ∈ ℕ f ⁡ n
60 54 55 59 syl2anc ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → Disj n ∈ ℕ f ⁡ n
61 voliune ⊢ ∀ n ∈ ℕ f ⁡ n ∈ dom ⁡ vol ∧ Disj n ∈ ℕ f ⁡ n → vol ⁡ ⋃ n ∈ ℕ f ⁡ n = ∑ * n ∈ ℕ vol ⁡ f ⁡ n
62 53 60 61 syl2anc ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ n ∈ ℕ f ⁡ n = ∑ * n ∈ ℕ vol ⁡ f ⁡ n
63 f1ofo ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → f : ℕ ⟶ onto x
64 63 57 iunrdx ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → ⋃ n ∈ ℕ f ⁡ n = ⋃ y ∈ x y
65 64 26 eqtr4di ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → ⋃ n ∈ ℕ f ⁡ n = ⋃ x
66 65 fveq2d ⊢ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ n ∈ ℕ f ⁡ n = vol ⁡ ⋃ x
67 66 adantl ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ n ∈ ℕ f ⁡ n = vol ⁡ ⋃ x
68 47 62 67 3eqtr2rd ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
69 68 ex ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
70 69 exlimdv ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → ∃ f f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
71 70 imp ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ ∃ f f : ℕ ⟶ 1-1 onto x → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
72 31 71 sylan2b ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y ∧ ℕ ≈ x → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
73 brdom2 ⊢ x ≼ ω ↔ x ≺ ω ∨ x ≈ ω
74 73 biimpi ⊢ x ≼ ω → x ≺ ω ∨ x ≈ ω
75 isfinite2 ⊢ x ≺ ω → x ∈ Fin
76 ensymb ⊢ x ≈ ω ↔ ω ≈ x
77 nnenom ⊢ ℕ ≈ ω
78 entr ⊢ ℕ ≈ ω ∧ ω ≈ x → ℕ ≈ x
79 77 78 mpan ⊢ ω ≈ x → ℕ ≈ x
80 76 79 sylbi ⊢ x ≈ ω → ℕ ≈ x
81 75 80 orim12i ⊢ x ≺ ω ∨ x ≈ ω → x ∈ Fin ∨ ℕ ≈ x
82 74 81 syl ⊢ x ≼ ω → x ∈ Fin ∨ ℕ ≈ x
83 82 ad2antrl ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → x ∈ Fin ∨ ℕ ≈ x
84 30 72 83 mpjaodan ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol ∧ x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
85 84 ex ⊢ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol → x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
86 85 rgen ⊢ ∀ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
87 ismeas ⊢ dom ⁡ vol ∈ ⋃ ran ⁡ sigAlgebra → vol ∈ measures ⁡ dom ⁡ vol ↔ vol : dom ⁡ vol ⟶ 0 +∞ ∧ vol ⁡ ∅ = 0 ∧ ∀ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
88 4 87 ax-mp ⊢ vol ∈ measures ⁡ dom ⁡ vol ↔ vol : dom ⁡ vol ⟶ 0 +∞ ∧ vol ⁡ ∅ = 0 ∧ ∀ x ∈ 𝒫 dom ⁡ vol x ≼ ω ∧ Disj y ∈ x y → vol ⁡ ⋃ x = ∑ * y ∈ x vol ⁡ y
89 1 10 86 88 mpbir3an ⊢ vol ∈ measures ⁡ dom ⁡ vol