Metamath Proof Explorer


Theorem itg1ge0a

Description: The integral of an almost positive simple function is positive. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses itg10a.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ dom โˆซ1 )
itg10a.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† โ„ )
itg10a.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( vol* โ€˜ ๐ด ) = 0 )
itg1ge0a.4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„ โˆ– ๐ด ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
Assertion itg1ge0a ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ( โˆซ1 โ€˜ ๐น ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itg10a.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ dom โˆซ1 )
2 itg10a.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† โ„ )
3 itg10a.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( vol* โ€˜ ๐ด ) = 0 )
4 itg1ge0a.4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„ โˆ– ๐ด ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
5 i1frn โŠข ( ๐น โˆˆ dom โˆซ1 โ†’ ran ๐น โˆˆ Fin )
6 1 5 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ran ๐น โˆˆ Fin )
7 difss โŠข ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) โŠ† ran ๐น
8 ssfi โŠข ( ( ran ๐น โˆˆ Fin โˆง ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) โŠ† ran ๐น ) โ†’ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) โˆˆ Fin )
9 6 7 8 sylancl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) โˆˆ Fin )
10 i1ff โŠข ( ๐น โˆˆ dom โˆซ1 โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
11 1 10 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
12 11 frnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ran ๐น โŠ† โ„ )
13 12 ssdifssd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) โŠ† โ„ )
14 13 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
15 i1fima2sn โŠข ( ( ๐น โˆˆ dom โˆซ1 โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) โˆˆ โ„ )
16 1 15 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) โˆˆ โ„ )
17 14 16 remulcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) โˆˆ โ„ )
18 0le0 โŠข 0 โ‰ค 0
19 i1fima โŠข ( ๐น โˆˆ dom โˆซ1 โ†’ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โˆˆ dom vol )
20 1 19 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โˆˆ dom vol )
21 mblvol โŠข ( ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โˆˆ dom vol โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
22 20 21 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
23 22 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
24 11 ffnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น Fn โ„ )
25 fniniseg โŠข ( ๐น Fn โ„ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) )
26 24 25 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) )
27 26 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) )
28 simprl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
29 eldif โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„ โˆ– ๐ด ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) )
30 4 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„ โˆ– ๐ด ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
31 30 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„ โˆ– ๐ด ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
32 simprr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ )
33 32 breq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( 0 โ‰ค ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†” 0 โ‰ค ๐‘˜ ) )
34 0red โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
35 14 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
36 34 35 lenltd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( 0 โ‰ค ๐‘˜ โ†” ยฌ ๐‘˜ < 0 ) )
37 33 36 bitrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( 0 โ‰ค ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†” ยฌ ๐‘˜ < 0 ) )
38 31 37 sylibd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„ โˆ– ๐ด ) โ†’ ยฌ ๐‘˜ < 0 ) )
39 29 38 syl5bir โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ยฌ ๐‘˜ < 0 ) )
40 28 39 mpand โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†’ ยฌ ๐‘˜ < 0 ) )
41 40 con4d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ๐‘˜ < 0 โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) )
42 41 impancom โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘˜ ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) )
43 27 42 sylbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) )
44 43 ssrdv โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โŠ† ๐ด )
45 2 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ๐ด โŠ† โ„ )
46 3 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( vol* โ€˜ ๐ด ) = 0 )
47 ovolssnul โŠข ( ( ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โŠ† ๐ด โˆง ๐ด โŠ† โ„ โˆง ( vol* โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = 0 )
48 44 45 46 47 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = 0 )
49 23 48 eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = 0 )
50 49 oveq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) = ( ๐‘˜ ยท 0 ) )
51 14 recnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„‚ )
52 51 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„‚ )
53 52 mul01d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท 0 ) = 0 )
54 50 53 eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) = 0 )
55 18 54 breqtrrid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง ๐‘˜ < 0 ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) )
56 14 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
57 16 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) โˆˆ โ„ )
58 simpr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ 0 โ‰ค ๐‘˜ )
59 20 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โˆˆ dom vol )
60 mblss โŠข ( ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โˆˆ dom vol โ†’ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โŠ† โ„ )
61 59 60 syl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โŠ† โ„ )
62 ovolge0 โŠข ( ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) โŠ† โ„ โ†’ 0 โ‰ค ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
63 61 62 syl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ 0 โ‰ค ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
64 22 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) = ( vol* โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
65 63 64 breqtrrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ 0 โ‰ค ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) )
66 56 57 58 65 mulge0d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โˆง 0 โ‰ค ๐‘˜ ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) )
67 0red โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
68 55 66 14 67 ltlecasei โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) )
69 9 17 68 fsumge0 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) )
70 itg1val โŠข ( ๐น โˆˆ dom โˆซ1 โ†’ ( โˆซ1 โ€˜ ๐น ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) )
71 1 70 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆซ1 โ€˜ ๐น ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ran ๐น โˆ– { 0 } ) ( ๐‘˜ ยท ( vol โ€˜ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘˜ } ) ) ) )
72 69 71 breqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ( โˆซ1 โ€˜ ๐น ) )