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Theorem caragenuncllem

Description: The Caratheodory's construction is closed under the union. Step (c) in the proof of Theorem 113C of Fremlin1 p. 20. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses caragenuncllem.o ( 𝜑𝑂 ∈ OutMeas )
caragenuncllem.s 𝑆 = ( CaraGen ‘ 𝑂 )
caragenuncllem.e ( 𝜑𝐸𝑆 )
caragenuncllem.f ( 𝜑𝐹𝑆 )
caragenuncllem.x 𝑋 = dom 𝑂
caragenuncllem.a ( 𝜑𝐴𝑋 )
Assertion caragenuncllem ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∖ ( 𝐸𝐹 ) ) ) ) = ( 𝑂𝐴 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 caragenuncllem.o ( 𝜑𝑂 ∈ OutMeas )
2 caragenuncllem.s 𝑆 = ( CaraGen ‘ 𝑂 )
3 caragenuncllem.e ( 𝜑𝐸𝑆 )
4 caragenuncllem.f ( 𝜑𝐹𝑆 )
5 caragenuncllem.x 𝑋 = dom 𝑂
6 caragenuncllem.a ( 𝜑𝐴𝑋 )
7 6 ssinss1d ( 𝜑 → ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ⊆ 𝑋 )
8 1 2 5 3 7 caragensplit ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 ) ) ) = ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ) )
9 8 eqcomd ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 ) ) ) )
10 inass ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) = ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐸𝐹 ) ∩ 𝐸 ) )
11 incom ( ( 𝐸𝐹 ) ∩ 𝐸 ) = ( 𝐸 ∩ ( 𝐸𝐹 ) )
12 inabs ( 𝐸 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) = 𝐸
13 11 12 eqtri ( ( 𝐸𝐹 ) ∩ 𝐸 ) = 𝐸
14 13 ineq2i ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐸𝐹 ) ∩ 𝐸 ) ) = ( 𝐴𝐸 )
15 10 14 eqtri ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) = ( 𝐴𝐸 )
16 15 fveq2i ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) ) = ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) )
17 incom ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) = ( 𝐹 ∩ ( 𝐴𝐸 ) )
18 indifcom ( 𝐹 ∩ ( 𝐴𝐸 ) ) = ( 𝐴 ∩ ( 𝐹𝐸 ) )
19 17 18 eqtr2i ( 𝐴 ∩ ( 𝐹𝐸 ) ) = ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 )
20 19 eqcomi ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) = ( 𝐴 ∩ ( 𝐹𝐸 ) )
21 difundir ( ( 𝐸𝐹 ) ∖ 𝐸 ) = ( ( 𝐸𝐸 ) ∪ ( 𝐹𝐸 ) )
22 difid ( 𝐸𝐸 ) = ∅
23 22 uneq1i ( ( 𝐸𝐸 ) ∪ ( 𝐹𝐸 ) ) = ( ∅ ∪ ( 𝐹𝐸 ) )
24 0un ( ∅ ∪ ( 𝐹𝐸 ) ) = ( 𝐹𝐸 )
25 21 23 24 3eqtrri ( 𝐹𝐸 ) = ( ( 𝐸𝐹 ) ∖ 𝐸 )
26 25 ineq2i ( 𝐴 ∩ ( 𝐹𝐸 ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐸𝐹 ) ∖ 𝐸 ) )
27 indif2 ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐸𝐹 ) ∖ 𝐸 ) ) = ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 )
28 20 26 27 3eqtrri ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 ) = ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 )
29 28 fveq2i ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 ) ) = ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) )
30 16 29 oveq12i ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) )
31 30 a1i ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∩ 𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ∖ 𝐸 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) )
32 eqidd ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) )
33 9 31 32 3eqtrd ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) )
34 difun1 ( 𝐴 ∖ ( 𝐸𝐹 ) ) = ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 )
35 34 fveq2i ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∖ ( 𝐸𝐹 ) ) ) = ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) )
36 35 a1i ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∖ ( 𝐸𝐹 ) ) ) = ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) )
37 33 36 oveq12d ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∖ ( 𝐸𝐹 ) ) ) ) = ( ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) )
38 6 ssinss1d ( 𝜑 → ( 𝐴𝐸 ) ⊆ 𝑋 )
39 1 5 38 omexrcl ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ∈ ℝ* )
40 1 5 38 omecl ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
41 40 xrge0nemnfd ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ≠ -∞ )
42 39 41 jca ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ∈ ℝ* ∧ ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ≠ -∞ ) )
43 1 2 4 5 caragenelss ( 𝜑𝐹𝑋 )
44 43 ssinss2d ( 𝜑 → ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ⊆ 𝑋 )
45 1 5 44 omexrcl ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ∈ ℝ* )
46 1 5 44 omecl ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
47 46 xrge0nemnfd ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ≠ -∞ )
48 45 47 jca ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ∈ ℝ* ∧ ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ≠ -∞ ) )
49 6 ssdifssd ( 𝜑 → ( 𝐴𝐸 ) ⊆ 𝑋 )
50 49 ssdifssd ( 𝜑 → ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ⊆ 𝑋 )
51 1 5 50 omexrcl ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ∈ ℝ* )
52 1 5 50 omecl ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
53 52 xrge0nemnfd ( 𝜑 → ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ≠ -∞ )
54 51 53 jca ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ∈ ℝ* ∧ ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ≠ -∞ ) )
55 xaddass ( ( ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ∈ ℝ* ∧ ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ≠ -∞ ) ∧ ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ∈ ℝ* ∧ ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ≠ -∞ ) ∧ ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ∈ ℝ* ∧ ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ≠ -∞ ) ) → ( ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) ) )
56 42 48 54 55 syl3anc ( 𝜑 → ( ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) ) )
57 1 2 5 4 49 caragensplit ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) = ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) )
58 57 oveq2d ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) ) = ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ) )
59 1 2 5 3 6 caragensplit ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) ) = ( 𝑂𝐴 ) )
60 58 59 eqtrd ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴𝐸 ) ) +𝑒 ( ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∩ 𝐹 ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( ( 𝐴𝐸 ) ∖ 𝐹 ) ) ) ) = ( 𝑂𝐴 ) )
61 37 56 60 3eqtrd ( 𝜑 → ( ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∩ ( 𝐸𝐹 ) ) ) +𝑒 ( 𝑂 ‘ ( 𝐴 ∖ ( 𝐸𝐹 ) ) ) ) = ( 𝑂𝐴 ) )