Metamath Proof Explorer


Theorem fourierdlem77

Description: If H is bounded, then U is bounded. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem77.f ⊢ φ → F : ℝ ⟶ ℝ
fourierdlem77.x ⊢ φ → X ∈ ℝ
fourierdlem77.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ
fourierdlem77.w ⊢ φ → W ∈ ℝ
fourierdlem77.h ⊢ H = s ∈ − π π ⟼ if s = 0 0 F ⁡ X + s − if 0 < s Y W s
fourierdlem77.k ⊢ K = s ∈ − π π ⟼ if s = 0 1 s 2 ⁢ sin ⁡ s 2
fourierdlem77.u ⊢ U = s ∈ − π π ⟼ H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
fourierdlem77.bd ⊢ φ → ∃ a ∈ ℝ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a
Assertion fourierdlem77 ⊢ φ → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem77.f ⊢ φ → F : ℝ ⟶ ℝ
2 fourierdlem77.x ⊢ φ → X ∈ ℝ
3 fourierdlem77.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ
4 fourierdlem77.w ⊢ φ → W ∈ ℝ
5 fourierdlem77.h ⊢ H = s ∈ − π π ⟼ if s = 0 0 F ⁡ X + s − if 0 < s Y W s
6 fourierdlem77.k ⊢ K = s ∈ − π π ⟼ if s = 0 1 s 2 ⁢ sin ⁡ s 2
7 fourierdlem77.u ⊢ U = s ∈ − π π ⟼ H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
8 fourierdlem77.bd ⊢ φ → ∃ a ∈ ℝ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a
9 pire ⊢ π ∈ ℝ
10 9 renegcli ⊢ − π ∈ ℝ
11 10 a1i ⊢ ⊤ → − π ∈ ℝ
12 9 a1i ⊢ ⊤ → π ∈ ℝ
13 pirp ⊢ π ∈ ℝ +
14 neglt ⊢ π ∈ ℝ + → − π < π
15 13 14 ax-mp ⊢ − π < π
16 10 9 15 ltleii ⊢ − π ≤ π
17 16 a1i ⊢ ⊤ → − π ≤ π
18 6 fourierdlem62 ⊢ K : − π π ⟶cn ℝ
19 18 a1i ⊢ ⊤ → K : − π π ⟶cn ℝ
20 11 12 17 19 evthiccabs ⊢ ⊤ → ∃ c ∈ − π π ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ ∃ x ∈ − π π ∀ y ∈ − π π K ⁡ x ≤ K ⁡ y
21 20 mptru ⊢ ∃ c ∈ − π π ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ ∃ x ∈ − π π ∀ y ∈ − π π K ⁡ x ≤ K ⁡ y
22 21 simpli ⊢ ∃ c ∈ − π π ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c
23 22 a1i ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a → ∃ c ∈ − π π ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c
24 simpl ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ∈ ℝ
25 6 fourierdlem43 ⊢ K : − π π ⟶ ℝ
26 25 ffvelcdmi ⊢ c ∈ − π π → K ⁡ c ∈ ℝ
27 26 adantl ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → K ⁡ c ∈ ℝ
28 24 27 remulcld ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c ∈ ℝ
29 28 recnd ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c ∈ ℂ
30 29 abscld ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c ∈ ℝ
31 29 absge0d ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → 0 ≤ a ⁢ K ⁡ c
32 30 31 ge0p1rpd ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c + 1 ∈ ℝ +
33 32 3ad2antl2 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c + 1 ∈ ℝ +
34 33 3adant3 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c → a ⁢ K ⁡ c + 1 ∈ ℝ +
35 nfv ⊢ Ⅎ s φ
36 nfv ⊢ Ⅎ s a ∈ ℝ
37 nfra1 ⊢ Ⅎ s ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a
38 35 36 37 nf3an ⊢ Ⅎ s φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a
39 nfv ⊢ Ⅎ s c ∈ − π π
40 nfra1 ⊢ Ⅎ s ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c
41 38 39 40 nf3an ⊢ Ⅎ s φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c
42 simpl11 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → φ
43 simpl12 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ∈ ℝ
44 42 43 jca ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → φ ∧ a ∈ ℝ
45 simpl13 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a
46 rspa ⊢ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ≤ a
47 45 46 sylancom ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ≤ a
48 simpl2 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → c ∈ − π π
49 44 47 48 jca31 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π
50 rspa ⊢ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → K ⁡ s ≤ K ⁡ c
51 50 3ad2antl3 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → K ⁡ s ≤ K ⁡ c
52 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → s ∈ − π π
53 simp-5l ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → φ
54 simpr ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → s ∈ − π π
55 1 2 3 4 5 fourierdlem9 ⊢ φ → H : − π π ⟶ ℝ
56 55 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ∈ ℝ
57 25 ffvelcdmi ⊢ s ∈ − π π → K ⁡ s ∈ ℝ
58 57 adantl ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → K ⁡ s ∈ ℝ
59 56 58 remulcld ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ⁢ K ⁡ s ∈ ℝ
60 7 fvmpt2 ⊢ s ∈ − π π ∧ H ⁡ s ⁢ K ⁡ s ∈ ℝ → U ⁡ s = H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
61 54 59 60 syl2anc ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s = H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
62 61 59 eqeltrd ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ∈ ℝ
63 62 recnd ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ∈ ℂ
64 63 abscld ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ∈ ℝ
65 53 64 sylancom ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ∈ ℝ
66 simp-5r ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ∈ ℝ
67 simpllr ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → c ∈ − π π
68 66 67 30 syl2anc ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c ∈ ℝ
69 peano2re ⊢ a ⁢ K ⁡ c ∈ ℝ → a ⁢ K ⁡ c + 1 ∈ ℝ
70 68 69 syl ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c + 1 ∈ ℝ
71 61 fveq2d ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s = H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
72 53 71 sylancom ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s = H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
73 56 recnd ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ∈ ℂ
74 73 abscld ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ∈ ℝ
75 53 74 sylancom ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ∈ ℝ
76 recn ⊢ a ∈ ℝ → a ∈ ℂ
77 76 abscld ⊢ a ∈ ℝ → a ∈ ℝ
78 66 77 syl ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ∈ ℝ
79 57 recnd ⊢ s ∈ − π π → K ⁡ s ∈ ℂ
80 79 abscld ⊢ s ∈ − π π → K ⁡ s ∈ ℝ
81 80 adantl ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → K ⁡ s ∈ ℝ
82 26 recnd ⊢ c ∈ − π π → K ⁡ c ∈ ℂ
83 82 abscld ⊢ c ∈ − π π → K ⁡ c ∈ ℝ
84 67 83 syl ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → K ⁡ c ∈ ℝ
85 73 absge0d ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → 0 ≤ H ⁡ s
86 53 85 sylancom ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → 0 ≤ H ⁡ s
87 82 absge0d ⊢ c ∈ − π π → 0 ≤ K ⁡ c
88 67 87 syl ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → 0 ≤ K ⁡ c
89 74 ad4ant14 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ∈ ℝ
90 simpllr ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → a ∈ ℝ
91 77 ad3antlr ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → a ∈ ℝ
92 simplr ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ≤ a
93 90 leabsd ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → a ≤ a
94 89 90 91 92 93 letrd ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ≤ a
95 94 ad4ant14 ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ≤ a
96 simplr ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → K ⁡ s ≤ K ⁡ c
97 75 78 81 84 86 88 95 96 lemul12bd ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ⁢ K ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c
98 58 recnd ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → K ⁡ s ∈ ℂ
99 73 98 absmuld ⊢ φ ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ⁢ K ⁡ s = H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
100 53 99 sylancom ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ⁢ K ⁡ s = H ⁡ s ⁢ K ⁡ s
101 76 adantr ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ∈ ℂ
102 27 recnd ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → K ⁡ c ∈ ℂ
103 101 102 absmuld ⊢ a ∈ ℝ ∧ c ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c = a ⁢ K ⁡ c
104 66 67 103 syl2anc ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c = a ⁢ K ⁡ c
105 97 100 104 3brtr4d ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → H ⁡ s ⁢ K ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c
106 72 105 eqbrtrd ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c
107 68 ltp1d ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → a ⁢ K ⁡ c < a ⁢ K ⁡ c + 1
108 65 68 70 106 107 lelttrd ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s < a ⁢ K ⁡ c + 1
109 65 70 108 ltled ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1
110 49 51 52 109 syl21anc ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c ∧ s ∈ − π π → U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1
111 110 ex ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c → s ∈ − π π → U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1
112 41 111 ralrimi ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c → ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1
113 breq2 ⊢ b = a ⁢ K ⁡ c + 1 → U ⁡ s ≤ b ↔ U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1
114 113 ralbidv ⊢ b = a ⁢ K ⁡ c + 1 → ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b ↔ ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1
115 114 rspcev ⊢ a ⁢ K ⁡ c + 1 ∈ ℝ + ∧ ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ a ⁢ K ⁡ c + 1 → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b
116 34 112 115 syl2anc ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a ∧ c ∈ − π π ∧ ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b
117 116 rexlimdv3a ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a → ∃ c ∈ − π π ∀ s ∈ − π π K ⁡ s ≤ K ⁡ c → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b
118 23 117 mpd ⊢ φ ∧ a ∈ ℝ ∧ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b
119 118 rexlimdv3a ⊢ φ → ∃ a ∈ ℝ ∀ s ∈ − π π H ⁡ s ≤ a → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b
120 8 119 mpd ⊢ φ → ∃ b ∈ ℝ + ∀ s ∈ − π π U ⁡ s ≤ b