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Theorem vonvolmbl

Description: A subset of Real numbers is Lebesgue measurable if and only if its corresponding 1-dimensional set is measurable w.r.t. the 1-dimensional Lebesgue measure. (Contributed by Glauco Siliprandi, 3-Mar-2021)

Ref Expression
Hypotheses vonvolmbl.a ⊢ φ → A ∈ V
vonvolmbl.b ⊢ φ → B ⊆ ℝ
Assertion vonvolmbl ⊢ φ → B A ∈ dom ⁡ voln ⁡ A ↔ B ∈ dom ⁡ vol

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 vonvolmbl.a ⊢ φ → A ∈ V
2 vonvolmbl.b ⊢ φ → B ⊆ ℝ
3 vex ⊢ y ∈ V
4 3 a1i ⊢ φ → y ∈ V
5 reex ⊢ ℝ ∈ V
6 5 a1i ⊢ φ → ℝ ∈ V
7 6 2 ssexd ⊢ φ → B ∈ V
8 snfi ⊢ A ∈ Fin
9 8 a1i ⊢ φ → A ∈ Fin
10 9 elexd ⊢ φ → A ∈ V
11 4 7 10 inmap ⊢ φ → y A ∩ B A = y ∩ B A
12 11 eqcomd ⊢ φ → y ∩ B A = y A ∩ B A
13 12 fveq2d ⊢ φ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A
14 4 7 1 difmapsn ⊢ φ → y A ∖ B A = y ∖ B A
15 14 eqcomd ⊢ φ → y ∖ B A = y A ∖ B A
16 15 fveq2d ⊢ φ → voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A
17 13 16 oveq12d ⊢ φ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A
18 17 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A
19 ovexd ⊢ y ∈ 𝒫 ℝ → y A ∈ V
20 5 a1i ⊢ y ∈ 𝒫 ℝ → ℝ ∈ V
21 elpwi ⊢ y ∈ 𝒫 ℝ → y ⊆ ℝ
22 mapss ⊢ ℝ ∈ V ∧ y ⊆ ℝ → y A ⊆ ℝ A
23 20 21 22 syl2anc ⊢ y ∈ 𝒫 ℝ → y A ⊆ ℝ A
24 19 23 elpwd ⊢ y ∈ 𝒫 ℝ → y A ∈ 𝒫 ℝ A
25 24 adantl ⊢ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → y A ∈ 𝒫 ℝ A
26 simpl ⊢ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x
27 ineq1 ⊢ x = y A → x ∩ B A = y A ∩ B A
28 27 fveq2d ⊢ x = y A → voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A
29 difeq1 ⊢ x = y A → x ∖ B A = y A ∖ B A
30 29 fveq2d ⊢ x = y A → voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A
31 28 30 oveq12d ⊢ x = y A → voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A
32 fveq2 ⊢ x = y A → voln* ⁡ A ⁡ x = voln* ⁡ A ⁡ y A
33 31 32 eqeq12d ⊢ x = y A → voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ↔ voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A
34 33 rspcva ⊢ y A ∈ 𝒫 ℝ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x → voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A
35 25 26 34 syl2anc ⊢ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A
36 35 adantll ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y A ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y A ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A
37 eqidd ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y A = voln* ⁡ A ⁡ y A
38 18 36 37 3eqtrd ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ y A
39 38 eqcomd ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y A = voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A
40 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → A ∈ V
41 21 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → y ⊆ ℝ
42 40 41 ovnovol ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y A = vol * ⁡ y
43 42 adantlr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y A = vol * ⁡ y
44 41 ssinss1d ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → y ∩ B ⊆ ℝ
45 40 44 ovnovol ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A = vol * ⁡ y ∩ B
46 41 ssdifssd ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → y ∖ B ⊆ ℝ
47 40 46 ovnovol ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = vol * ⁡ y ∖ B
48 45 47 oveq12d ⊢ φ ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
49 48 adantlr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → voln* ⁡ A ⁡ y ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ y ∖ B A = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
50 39 43 49 3eqtr3d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ∧ y ∈ 𝒫 ℝ → vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
51 50 ralrimiva ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x → ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
52 51 ex ⊢ φ → ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x → ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
53 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B ∧ x ∈ 𝒫 ℝ A → A ∈ V
54 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B ∧ x ∈ 𝒫 ℝ A → B ⊆ ℝ
55 simplr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B ∧ x ∈ 𝒫 ℝ A → ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
56 elpwi ⊢ x ∈ 𝒫 ℝ A → x ⊆ ℝ A
57 56 adantl ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B ∧ x ∈ 𝒫 ℝ A → x ⊆ ℝ A
58 rneq ⊢ g = f → ran ⁡ g = ran ⁡ f
59 58 cbviunv ⊢ ⋃ g ∈ x ran ⁡ g = ⋃ f ∈ x ran ⁡ f
60 53 54 55 57 59 vonvolmbllem ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B ∧ x ∈ 𝒫 ℝ A → voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x
61 60 ralrimiva ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B → ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x
62 61 ex ⊢ φ → ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B → ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x
63 52 62 impbid ⊢ φ → ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x ↔ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
64 mapss ⊢ ℝ ∈ V ∧ B ⊆ ℝ → B A ⊆ ℝ A
65 6 2 64 syl2anc ⊢ φ → B A ⊆ ℝ A
66 9 isvonmbl ⊢ φ → B A ∈ dom ⁡ voln ⁡ A ↔ B A ⊆ ℝ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x
67 65 66 mpbirand ⊢ φ → B A ∈ dom ⁡ voln ⁡ A ↔ ∀ x ∈ 𝒫 ℝ A voln* ⁡ A ⁡ x ∩ B A + 𝑒 voln* ⁡ A ⁡ x ∖ B A = voln* ⁡ A ⁡ x
68 ismbl4 ⊢ B ∈ dom ⁡ vol ↔ B ⊆ ℝ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
69 68 a1i ⊢ φ → B ∈ dom ⁡ vol ↔ B ⊆ ℝ ∧ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
70 2 69 mpbirand ⊢ φ → B ∈ dom ⁡ vol ↔ ∀ y ∈ 𝒫 ℝ vol * ⁡ y = vol * ⁡ y ∩ B + 𝑒 vol * ⁡ y ∖ B
71 63 67 70 3bitr4d ⊢ φ → B A ∈ dom ⁡ voln ⁡ A ↔ B ∈ dom ⁡ vol