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Theorem xrge0iifhom

Description: The defined function from the closed unit interval to the extended nonnegative reals is a monoid homomorphism. (Contributed by Thierry Arnoux, 5-Apr-2017)

Ref Expression
Hypotheses xrge0iifhmeo.1 F = x 0 1 if x = 0 +∞ log x
xrge0iifhmeo.k J = ordTop 𝑡 0 +∞
Assertion xrge0iifhom X 0 1 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xrge0iifhmeo.1 F = x 0 1 if x = 0 +∞ log x
2 xrge0iifhmeo.k J = ordTop 𝑡 0 +∞
3 0xr 0 *
4 1xr 1 *
5 0le1 0 1
6 snunioc 0 * 1 * 0 1 0 0 1 = 0 1
7 3 4 5 6 mp3an 0 0 1 = 0 1
8 7 eleq2i Y 0 0 1 Y 0 1
9 elun Y 0 0 1 Y 0 Y 0 1
10 8 9 bitr3i Y 0 1 Y 0 Y 0 1
11 elsni Y 0 Y = 0
12 11 orim1i Y 0 Y 0 1 Y = 0 Y 0 1
13 10 12 sylbi Y 0 1 Y = 0 Y 0 1
14 0elunit 0 0 1
15 iftrue x = 0 if x = 0 +∞ log x = +∞
16 pnfex +∞ V
17 15 1 16 fvmpt 0 0 1 F 0 = +∞
18 14 17 ax-mp F 0 = +∞
19 18 oveq2i F X + 𝑒 F 0 = F X + 𝑒 +∞
20 eqeq1 x = X x = 0 X = 0
21 fveq2 x = X log x = log X
22 21 negeqd x = X log x = log X
23 20 22 ifbieq2d x = X if x = 0 +∞ log x = if X = 0 +∞ log X
24 negex log X V
25 16 24 ifex if X = 0 +∞ log X V
26 23 1 25 fvmpt X 0 1 F X = if X = 0 +∞ log X
27 pnfxr +∞ *
28 27 a1i X 0 1 X = 0 +∞ *
29 elunitrn X 0 1 X
30 29 adantr X 0 1 ¬ X = 0 X
31 elunitge0 X 0 1 0 X
32 31 adantr X 0 1 ¬ X = 0 0 X
33 simpr X 0 1 ¬ X = 0 ¬ X = 0
34 33 neqned X 0 1 ¬ X = 0 X 0
35 30 32 34 ne0gt0d X 0 1 ¬ X = 0 0 < X
36 30 35 elrpd X 0 1 ¬ X = 0 X +
37 36 relogcld X 0 1 ¬ X = 0 log X
38 37 renegcld X 0 1 ¬ X = 0 log X
39 38 rexrd X 0 1 ¬ X = 0 log X *
40 28 39 ifclda X 0 1 if X = 0 +∞ log X *
41 26 40 eqeltrd X 0 1 F X *
42 41 adantr X 0 1 Y = 0 F X *
43 neeq1 +∞ = if X = 0 +∞ log X +∞ −∞ if X = 0 +∞ log X −∞
44 neeq1 log X = if X = 0 +∞ log X log X −∞ if X = 0 +∞ log X −∞
45 pnfnemnf +∞ −∞
46 45 a1i X 0 1 X = 0 +∞ −∞
47 38 renemnfd X 0 1 ¬ X = 0 log X −∞
48 43 44 46 47 ifbothda X 0 1 if X = 0 +∞ log X −∞
49 26 48 eqnetrd X 0 1 F X −∞
50 49 adantr X 0 1 Y = 0 F X −∞
51 xaddpnf1 F X * F X −∞ F X + 𝑒 +∞ = +∞
52 42 50 51 syl2anc X 0 1 Y = 0 F X + 𝑒 +∞ = +∞
53 19 52 eqtrid X 0 1 Y = 0 F X + 𝑒 F 0 = +∞
54 unitsscn 0 1
55 simpl X 0 1 Y = 0 X 0 1
56 54 55 sselid X 0 1 Y = 0 X
57 56 mul01d X 0 1 Y = 0 X 0 = 0
58 57 fveq2d X 0 1 Y = 0 F X 0 = F 0
59 58 18 eqtrdi X 0 1 Y = 0 F X 0 = +∞
60 53 59 eqtr4d X 0 1 Y = 0 F X + 𝑒 F 0 = F X 0
61 simpr X 0 1 Y = 0 Y = 0
62 61 fveq2d X 0 1 Y = 0 F Y = F 0
63 62 oveq2d X 0 1 Y = 0 F X + 𝑒 F Y = F X + 𝑒 F 0
64 61 oveq2d X 0 1 Y = 0 X Y = X 0
65 64 fveq2d X 0 1 Y = 0 F X Y = F X 0
66 60 63 65 3eqtr4rd X 0 1 Y = 0 F X Y = F X + 𝑒 F Y
67 7 eleq2i X 0 0 1 X 0 1
68 elun X 0 0 1 X 0 X 0 1
69 67 68 bitr3i X 0 1 X 0 X 0 1
70 elsni X 0 X = 0
71 70 orim1i X 0 X 0 1 X = 0 X 0 1
72 69 71 sylbi X 0 1 X = 0 X 0 1
73 18 oveq1i F 0 + 𝑒 F Y = +∞ + 𝑒 F Y
74 simpr X = 0 Y 0 1 Y 0 1
75 1 xrge0iifcv Y 0 1 F Y = log Y
76 0le0 0 0
77 1re 1
78 ltpnf 1 1 < +∞
79 77 78 ax-mp 1 < +∞
80 iocssioo 0 * +∞ * 0 0 1 < +∞ 0 1 0 +∞
81 3 27 76 79 80 mp4an 0 1 0 +∞
82 ioorp 0 +∞ = +
83 81 82 sseqtri 0 1 +
84 83 sseli Y 0 1 Y +
85 84 relogcld Y 0 1 log Y
86 85 renegcld Y 0 1 log Y
87 75 86 eqeltrd Y 0 1 F Y
88 87 rexrd Y 0 1 F Y *
89 74 88 syl X = 0 Y 0 1 F Y *
90 87 renemnfd Y 0 1 F Y −∞
91 74 90 syl X = 0 Y 0 1 F Y −∞
92 xaddpnf2 F Y * F Y −∞ +∞ + 𝑒 F Y = +∞
93 89 91 92 syl2anc X = 0 Y 0 1 +∞ + 𝑒 F Y = +∞
94 73 93 eqtrid X = 0 Y 0 1 F 0 + 𝑒 F Y = +∞
95 rpssre +
96 83 95 sstri 0 1
97 ax-resscn
98 96 97 sstri 0 1
99 98 74 sselid X = 0 Y 0 1 Y
100 99 mul02d X = 0 Y 0 1 0 Y = 0
101 100 fveq2d X = 0 Y 0 1 F 0 Y = F 0
102 101 18 eqtrdi X = 0 Y 0 1 F 0 Y = +∞
103 94 102 eqtr4d X = 0 Y 0 1 F 0 + 𝑒 F Y = F 0 Y
104 simpl X = 0 Y 0 1 X = 0
105 104 fveq2d X = 0 Y 0 1 F X = F 0
106 105 oveq1d X = 0 Y 0 1 F X + 𝑒 F Y = F 0 + 𝑒 F Y
107 104 fvoveq1d X = 0 Y 0 1 F X Y = F 0 Y
108 103 106 107 3eqtr4rd X = 0 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y
109 simpl X 0 1 Y 0 1 X 0 1
110 83 109 sselid X 0 1 Y 0 1 X +
111 110 relogcld X 0 1 Y 0 1 log X
112 111 renegcld X 0 1 Y 0 1 log X
113 simpr X 0 1 Y 0 1 Y 0 1
114 83 113 sselid X 0 1 Y 0 1 Y +
115 114 relogcld X 0 1 Y 0 1 log Y
116 115 renegcld X 0 1 Y 0 1 log Y
117 rexadd log X log Y log X + 𝑒 log Y = - log X + log Y
118 112 116 117 syl2anc X 0 1 Y 0 1 log X + 𝑒 log Y = - log X + log Y
119 1 xrge0iifcv X 0 1 F X = log X
120 119 75 oveqan12d X 0 1 Y 0 1 F X + 𝑒 F Y = log X + 𝑒 log Y
121 110 rpred X 0 1 Y 0 1 X
122 114 rpred X 0 1 Y 0 1 Y
123 121 122 remulcld X 0 1 Y 0 1 X Y
124 110 rpgt0d X 0 1 Y 0 1 0 < X
125 114 rpgt0d X 0 1 Y 0 1 0 < Y
126 121 122 124 125 mulgt0d X 0 1 Y 0 1 0 < X Y
127 iocssicc 0 1 0 1
128 127 109 sselid X 0 1 Y 0 1 X 0 1
129 127 113 sselid X 0 1 Y 0 1 Y 0 1
130 iimulcl X 0 1 Y 0 1 X Y 0 1
131 128 129 130 syl2anc X 0 1 Y 0 1 X Y 0 1
132 elicc01 X Y 0 1 X Y 0 X Y X Y 1
133 132 simp3bi X Y 0 1 X Y 1
134 131 133 syl X 0 1 Y 0 1 X Y 1
135 elioc2 0 * 1 X Y 0 1 X Y 0 < X Y X Y 1
136 3 77 135 mp2an X Y 0 1 X Y 0 < X Y X Y 1
137 123 126 134 136 syl3anbrc X 0 1 Y 0 1 X Y 0 1
138 1 xrge0iifcv X Y 0 1 F X Y = log X Y
139 137 138 syl X 0 1 Y 0 1 F X Y = log X Y
140 110 114 relogmuld X 0 1 Y 0 1 log X Y = log X + log Y
141 140 negeqd X 0 1 Y 0 1 log X Y = log X + log Y
142 111 recnd X 0 1 Y 0 1 log X
143 115 recnd X 0 1 Y 0 1 log Y
144 142 143 negdid X 0 1 Y 0 1 log X + log Y = - log X + log Y
145 139 141 144 3eqtrd X 0 1 Y 0 1 F X Y = - log X + log Y
146 118 120 145 3eqtr4rd X 0 1 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y
147 108 146 jaoian X = 0 X 0 1 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y
148 72 147 sylan X 0 1 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y
149 66 148 jaodan X 0 1 Y = 0 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y
150 13 149 sylan2 X 0 1 Y 0 1 F X Y = F X + 𝑒 F Y