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Theorem itgaddnc

Description: Choice-free analogue of itgadd . (Contributed by Brendan Leahy, 11-Nov-2017)

Ref Expression
Hypotheses ibladdnc.1 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵𝑉 )
ibladdnc.2 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 )
ibladdnc.3 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐶𝑉 )
ibladdnc.4 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐶 ) ∈ 𝐿1 )
ibladdnc.m ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ∈ MblFn )
Assertion itgaddnc ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( 𝐵 + 𝐶 ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 𝐵 d 𝑥 + ∫ 𝐴 𝐶 d 𝑥 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ibladdnc.1 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵𝑉 )
2 ibladdnc.2 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 )
3 ibladdnc.3 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐶𝑉 )
4 ibladdnc.4 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐶 ) ∈ 𝐿1 )
5 ibladdnc.m ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ∈ MblFn )
6 iblmbf ( ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ MblFn )
7 2 6 syl ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ MblFn )
8 7 1 mbfmptcl ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℂ )
9 iblmbf ( ( 𝑥𝐴𝐶 ) ∈ 𝐿1 → ( 𝑥𝐴𝐶 ) ∈ MblFn )
10 4 9 syl ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐶 ) ∈ MblFn )
11 10 3 mbfmptcl ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐶 ∈ ℂ )
12 8 11 readdd ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) = ( ( ℜ ‘ 𝐵 ) + ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) )
13 12 itgeq2dv ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 = ∫ 𝐴 ( ( ℜ ‘ 𝐵 ) + ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) d 𝑥 )
14 8 recld ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( ℜ ‘ 𝐵 ) ∈ ℝ )
15 8 iblcn ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 ↔ ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 ∧ ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 ) ) )
16 2 15 mpbid ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 ∧ ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 ) )
17 16 simpld ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 )
18 11 recld ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( ℜ ‘ 𝐶 ) ∈ ℝ )
19 11 iblcn ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴𝐶 ) ∈ 𝐿1 ↔ ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 ∧ ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 ) ) )
20 4 19 mpbid ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 ∧ ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 ) )
21 20 simpld ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 )
22 8 11 addcld ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( 𝐵 + 𝐶 ) ∈ ℂ )
23 eqidd ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) )
24 ref ℜ : ℂ ⟶ ℝ
25 24 a1i ( 𝜑 → ℜ : ℂ ⟶ ℝ )
26 25 feqmptd ( 𝜑 → ℜ = ( 𝑦 ∈ ℂ ↦ ( ℜ ‘ 𝑦 ) ) )
27 fveq2 ( 𝑦 = ( 𝐵 + 𝐶 ) → ( ℜ ‘ 𝑦 ) = ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) )
28 22 23 26 27 fmptco ( 𝜑 → ( ℜ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) )
29 12 mpteq2dva ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( ( ℜ ‘ 𝐵 ) + ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) ) )
30 28 29 eqtrd ( 𝜑 → ( ℜ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( ( ℜ ‘ 𝐵 ) + ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) ) )
31 22 fmpttd ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) : 𝐴 ⟶ ℂ )
32 ismbfcn ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) : 𝐴 ⟶ ℂ → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ∈ MblFn ↔ ( ( ℜ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn ∧ ( ℑ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn ) ) )
33 31 32 syl ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ∈ MblFn ↔ ( ( ℜ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn ∧ ( ℑ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn ) ) )
34 5 33 mpbid ( 𝜑 → ( ( ℜ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn ∧ ( ℑ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn ) )
35 34 simpld ( 𝜑 → ( ℜ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn )
36 30 35 eqeltrrd ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ( ℜ ‘ 𝐵 ) + ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn )
37 14 17 18 21 36 14 18 itgaddnclem2 ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ( ℜ ‘ 𝐵 ) + ( ℜ ‘ 𝐶 ) ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) )
38 13 37 eqtrd ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) )
39 8 11 imaddd ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) = ( ( ℑ ‘ 𝐵 ) + ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) )
40 39 itgeq2dv ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 = ∫ 𝐴 ( ( ℑ ‘ 𝐵 ) + ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) d 𝑥 )
41 8 imcld ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( ℑ ‘ 𝐵 ) ∈ ℝ )
42 16 simprd ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 )
43 11 imcld ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( ℑ ‘ 𝐶 ) ∈ ℝ )
44 20 simprd ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 )
45 imf ℑ : ℂ ⟶ ℝ
46 45 a1i ( 𝜑 → ℑ : ℂ ⟶ ℝ )
47 46 feqmptd ( 𝜑 → ℑ = ( 𝑦 ∈ ℂ ↦ ( ℑ ‘ 𝑦 ) ) )
48 fveq2 ( 𝑦 = ( 𝐵 + 𝐶 ) → ( ℑ ‘ 𝑦 ) = ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) )
49 22 23 47 48 fmptco ( 𝜑 → ( ℑ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) )
50 39 mpteq2dva ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( ( ℑ ‘ 𝐵 ) + ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) ) )
51 49 50 eqtrd ( 𝜑 → ( ℑ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( ( ℑ ‘ 𝐵 ) + ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) ) )
52 34 simprd ( 𝜑 → ( ℑ ∘ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn )
53 51 52 eqeltrrd ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( ( ℑ ‘ 𝐵 ) + ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) ) ∈ MblFn )
54 41 42 43 44 53 41 43 itgaddnclem2 ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ( ℑ ‘ 𝐵 ) + ( ℑ ‘ 𝐶 ) ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) )
55 40 54 eqtrd ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) )
56 55 oveq2d ( 𝜑 → ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 ) = ( i · ( ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) )
57 ax-icn i ∈ ℂ
58 57 a1i ( 𝜑 → i ∈ ℂ )
59 41 42 itgcl ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ∈ ℂ )
60 43 44 itgcl ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ∈ ℂ )
61 58 59 60 adddid ( 𝜑 → ( i · ( ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) = ( ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) )
62 56 61 eqtrd ( 𝜑 → ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 ) = ( ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) )
63 38 62 oveq12d ( 𝜑 → ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 ) ) = ( ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) + ( ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) ) )
64 14 17 itgcl ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ∈ ℂ )
65 18 21 itgcl ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ∈ ℂ )
66 mulcl ( ( i ∈ ℂ ∧ ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ∈ ℂ ) → ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) ∈ ℂ )
67 57 59 66 sylancr ( 𝜑 → ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) ∈ ℂ )
68 mulcl ( ( i ∈ ℂ ∧ ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ∈ ℂ ) → ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ∈ ℂ )
69 57 60 68 sylancr ( 𝜑 → ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ∈ ℂ )
70 64 65 67 69 add4d ( 𝜑 → ( ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) + ( ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) ) = ( ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) ) + ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) ) )
71 63 70 eqtrd ( 𝜑 → ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 ) ) = ( ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) ) + ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) ) )
72 ovexd ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( 𝐵 + 𝐶 ) ∈ V )
73 1 2 3 4 5 ibladdnc ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) ∈ 𝐿1 )
74 72 73 itgcnval ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( 𝐵 + 𝐶 ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ ( 𝐵 + 𝐶 ) ) d 𝑥 ) ) )
75 1 2 itgcnval ( 𝜑 → ∫ 𝐴 𝐵 d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) ) )
76 3 4 itgcnval ( 𝜑 → ∫ 𝐴 𝐶 d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) )
77 75 76 oveq12d ( 𝜑 → ( ∫ 𝐴 𝐵 d 𝑥 + ∫ 𝐴 𝐶 d 𝑥 ) = ( ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐵 ) d 𝑥 ) ) + ( ∫ 𝐴 ( ℜ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 + ( i · ∫ 𝐴 ( ℑ ‘ 𝐶 ) d 𝑥 ) ) ) )
78 71 74 77 3eqtr4d ( 𝜑 → ∫ 𝐴 ( 𝐵 + 𝐶 ) d 𝑥 = ( ∫ 𝐴 𝐵 d 𝑥 + ∫ 𝐴 𝐶 d 𝑥 ) )