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Theorem ftc1lem1

Description: Lemma for ftc1a and ftc1 . (Contributed by Mario Carneiro, 31-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses ftc1.g 𝐺 = ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ↦ ∫ ( 𝐴 (,) 𝑥 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
ftc1.a ( 𝜑𝐴 ∈ ℝ )
ftc1.b ( 𝜑𝐵 ∈ ℝ )
ftc1.le ( 𝜑𝐴𝐵 )
ftc1.s ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝐵 ) ⊆ 𝐷 )
ftc1.d ( 𝜑𝐷 ⊆ ℝ )
ftc1.i ( 𝜑𝐹 ∈ 𝐿1 )
ftc1a.f ( 𝜑𝐹 : 𝐷 ⟶ ℂ )
ftc1lem1.x ( 𝜑𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) )
ftc1lem1.y ( 𝜑𝑌 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) )
Assertion ftc1lem1 ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( ( 𝐺𝑌 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) = ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ftc1.g 𝐺 = ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ↦ ∫ ( 𝐴 (,) 𝑥 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
2 ftc1.a ( 𝜑𝐴 ∈ ℝ )
3 ftc1.b ( 𝜑𝐵 ∈ ℝ )
4 ftc1.le ( 𝜑𝐴𝐵 )
5 ftc1.s ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝐵 ) ⊆ 𝐷 )
6 ftc1.d ( 𝜑𝐷 ⊆ ℝ )
7 ftc1.i ( 𝜑𝐹 ∈ 𝐿1 )
8 ftc1a.f ( 𝜑𝐹 : 𝐷 ⟶ ℂ )
9 ftc1lem1.x ( 𝜑𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) )
10 ftc1lem1.y ( 𝜑𝑌 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) )
11 oveq2 ( 𝑥 = 𝑌 → ( 𝐴 (,) 𝑥 ) = ( 𝐴 (,) 𝑌 ) )
12 itgeq1 ( ( 𝐴 (,) 𝑥 ) = ( 𝐴 (,) 𝑌 ) → ∫ ( 𝐴 (,) 𝑥 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
13 11 12 syl ( 𝑥 = 𝑌 → ∫ ( 𝐴 (,) 𝑥 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
14 itgex ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ∈ V
15 13 1 14 fvmpt ( 𝑌 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) → ( 𝐺𝑌 ) = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
16 10 15 syl ( 𝜑 → ( 𝐺𝑌 ) = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
17 16 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝐺𝑌 ) = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
18 2 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → 𝐴 ∈ ℝ )
19 iccssre ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) → ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ⊆ ℝ )
20 2 3 19 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ⊆ ℝ )
21 20 10 sseldd ( 𝜑𝑌 ∈ ℝ )
22 21 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → 𝑌 ∈ ℝ )
23 20 9 sseldd ( 𝜑𝑋 ∈ ℝ )
24 23 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → 𝑋 ∈ ℝ )
25 elicc2 ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) → ( 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ↔ ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑋𝑋𝐵 ) ) )
26 2 3 25 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ↔ ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑋𝑋𝐵 ) ) )
27 9 26 mpbid ( 𝜑 → ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑋𝑋𝐵 ) )
28 27 simp2d ( 𝜑𝐴𝑋 )
29 28 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → 𝐴𝑋 )
30 simpr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → 𝑋𝑌 )
31 elicc2 ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑌 ∈ ℝ ) → ( 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝑌 ) ↔ ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑋𝑋𝑌 ) ) )
32 2 21 31 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝑌 ) ↔ ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑋𝑋𝑌 ) ) )
33 32 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝑌 ) ↔ ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑋𝑋𝑌 ) ) )
34 24 29 30 33 mpbir3and ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝑌 ) )
35 3 rexrd ( 𝜑𝐵 ∈ ℝ* )
36 elicc2 ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) → ( 𝑌 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ↔ ( 𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑌𝑌𝐵 ) ) )
37 2 3 36 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑌 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) ↔ ( 𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑌𝑌𝐵 ) ) )
38 10 37 mpbid ( 𝜑 → ( 𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝐴𝑌𝑌𝐵 ) )
39 38 simp3d ( 𝜑𝑌𝐵 )
40 iooss2 ( ( 𝐵 ∈ ℝ*𝑌𝐵 ) → ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝐵 ) )
41 35 39 40 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝐵 ) )
42 41 5 sstrd ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ⊆ 𝐷 )
43 42 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ⊆ 𝐷 )
44 43 sselda ( ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ) → 𝑡𝐷 )
45 8 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑡𝐷 ) → ( 𝐹𝑡 ) ∈ ℂ )
46 45 adantlr ( ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) ∧ 𝑡𝐷 ) → ( 𝐹𝑡 ) ∈ ℂ )
47 44 46 syldan ( ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ) → ( 𝐹𝑡 ) ∈ ℂ )
48 27 simp3d ( 𝜑𝑋𝐵 )
49 iooss2 ( ( 𝐵 ∈ ℝ*𝑋𝐵 ) → ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝐵 ) )
50 35 48 49 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝐵 ) )
51 50 5 sstrd ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ⊆ 𝐷 )
52 ioombl ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ∈ dom vol
53 52 a1i ( 𝜑 → ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ∈ dom vol )
54 fvexd ( ( 𝜑𝑡𝐷 ) → ( 𝐹𝑡 ) ∈ V )
55 8 feqmptd ( 𝜑𝐹 = ( 𝑡𝐷 ↦ ( 𝐹𝑡 ) ) )
56 55 7 eqeltrrd ( 𝜑 → ( 𝑡𝐷 ↦ ( 𝐹𝑡 ) ) ∈ 𝐿1 )
57 51 53 54 56 iblss ( 𝜑 → ( 𝑡 ∈ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ↦ ( 𝐹𝑡 ) ) ∈ 𝐿1 )
58 57 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝑡 ∈ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ↦ ( 𝐹𝑡 ) ) ∈ 𝐿1 )
59 2 rexrd ( 𝜑𝐴 ∈ ℝ* )
60 iooss1 ( ( 𝐴 ∈ ℝ*𝐴𝑋 ) → ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) )
61 59 28 60 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) )
62 61 41 sstrd ( 𝜑 → ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ⊆ ( 𝐴 (,) 𝐵 ) )
63 62 5 sstrd ( 𝜑 → ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ⊆ 𝐷 )
64 ioombl ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ∈ dom vol
65 64 a1i ( 𝜑 → ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ∈ dom vol )
66 63 65 54 56 iblss ( 𝜑 → ( 𝑡 ∈ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ↦ ( 𝐹𝑡 ) ) ∈ 𝐿1 )
67 66 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝑡 ∈ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ↦ ( 𝐹𝑡 ) ) ∈ 𝐿1 )
68 18 22 34 47 58 67 itgsplitioo ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ∫ ( 𝐴 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 = ( ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 + ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) )
69 17 68 eqtrd ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝐺𝑌 ) = ( ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 + ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) )
70 oveq2 ( 𝑥 = 𝑋 → ( 𝐴 (,) 𝑥 ) = ( 𝐴 (,) 𝑋 ) )
71 itgeq1 ( ( 𝐴 (,) 𝑥 ) = ( 𝐴 (,) 𝑋 ) → ∫ ( 𝐴 (,) 𝑥 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
72 70 71 syl ( 𝑥 = 𝑋 → ∫ ( 𝐴 (,) 𝑥 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
73 itgex ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ∈ V
74 72 1 73 fvmpt ( 𝑋 ∈ ( 𝐴 [,] 𝐵 ) → ( 𝐺𝑋 ) = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
75 9 74 syl ( 𝜑 → ( 𝐺𝑋 ) = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
76 75 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( 𝐺𝑋 ) = ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
77 69 76 oveq12d ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( ( 𝐺𝑌 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) = ( ( ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 + ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) − ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) )
78 fvexd ( ( 𝜑𝑡 ∈ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ) → ( 𝐹𝑡 ) ∈ V )
79 78 57 itgcl ( 𝜑 → ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ∈ ℂ )
80 63 sselda ( ( 𝜑𝑡 ∈ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ) → 𝑡𝐷 )
81 80 45 syldan ( ( 𝜑𝑡 ∈ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ) → ( 𝐹𝑡 ) ∈ ℂ )
82 81 66 itgcl ( 𝜑 → ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ∈ ℂ )
83 79 82 pncan2d ( 𝜑 → ( ( ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 + ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) − ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) = ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
84 83 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( ( ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 + ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) − ∫ ( 𝐴 (,) 𝑋 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 ) = ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )
85 77 84 eqtrd ( ( 𝜑𝑋𝑌 ) → ( ( 𝐺𝑌 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) = ∫ ( 𝑋 (,) 𝑌 ) ( 𝐹𝑡 ) d 𝑡 )