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Theorem iblsplit

Description: The union of two integrable functions is integrable. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses iblsplit.1 ⊢ φ → vol * ⁡ A ∩ B = 0
iblsplit.2 ⊢ φ → U = A ∪ B
iblsplit.3 ⊢ φ ∧ x ∈ U → C ∈ ℂ
iblsplit.4 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ 𝐿 1
iblsplit.5 ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ 𝐿 1
Assertion iblsplit ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ∈ 𝐿 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 iblsplit.1 ⊢ φ → vol * ⁡ A ∩ B = 0
2 iblsplit.2 ⊢ φ → U = A ∪ B
3 iblsplit.3 ⊢ φ ∧ x ∈ U → C ∈ ℂ
4 iblsplit.4 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ 𝐿 1
5 iblsplit.5 ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ 𝐿 1
6 3 fmpttd ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C : U ⟶ ℂ
7 ssun1 ⊢ A ⊆ A ∪ B
8 7 2 sseqtrrid ⊢ φ → A ⊆ U
9 8 resmptd ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ↾ A = x ∈ A ⟼ C
10 eqidd ⊢ φ → x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0
11 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C i y = ℜ ⁡ C i y
12 8 sseld ⊢ φ → x ∈ A → x ∈ U
13 12 imdistani ⊢ φ ∧ x ∈ A → φ ∧ x ∈ U
14 13 3 syl ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ∈ ℂ
15 10 11 14 isibl2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ 𝐿 1 ↔ x ∈ A ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ y ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0 ∈ ℝ
16 4 15 mpbid ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ y ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0 ∈ ℝ
17 16 simpld ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ MblFn
18 9 17 eqeltrd ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ↾ A ∈ MblFn
19 ssun2 ⊢ B ⊆ A ∪ B
20 19 2 sseqtrrid ⊢ φ → B ⊆ U
21 20 resmptd ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ↾ B = x ∈ B ⟼ C
22 eqidd ⊢ φ → x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0
23 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ B → ℜ ⁡ C i y = ℜ ⁡ C i y
24 20 sseld ⊢ φ → x ∈ B → x ∈ U
25 24 imdistani ⊢ φ ∧ x ∈ B → φ ∧ x ∈ U
26 25 3 syl ⊢ φ ∧ x ∈ B → C ∈ ℂ
27 22 23 26 isibl2 ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ 𝐿 1 ↔ x ∈ B ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ y ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0 ∈ ℝ
28 5 27 mpbid ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ y ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i y ℜ ⁡ C i y 0 ∈ ℝ
29 28 simpld ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ MblFn
30 21 29 eqeltrd ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ↾ B ∈ MblFn
31 2 eqcomd ⊢ φ → A ∪ B = U
32 6 18 30 31 mbfres2cn ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ∈ MblFn
33 17 14 mbfdm2 ⊢ φ → A ∈ dom ⁡ vol
34 33 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → A ∈ dom ⁡ vol
35 29 26 mbfdm2 ⊢ φ → B ∈ dom ⁡ vol
36 35 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → B ∈ dom ⁡ vol
37 1 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → vol * ⁡ A ∩ B = 0
38 2 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → U = A ∪ B
39 3 adantlr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → C ∈ ℂ
40 ax-icn ⊢ i ∈ ℂ
41 40 a1i ⊢ k ∈ 0 … 3 → i ∈ ℂ
42 elfznn0 ⊢ k ∈ 0 … 3 → k ∈ ℕ 0
43 41 42 expcld ⊢ k ∈ 0 … 3 → i k ∈ ℂ
44 43 ad2antlr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → i k ∈ ℂ
45 40 a1i ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → i ∈ ℂ
46 ine0 ⊢ i ≠ 0
47 46 a1i ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → i ≠ 0
48 elfzelz ⊢ k ∈ 0 … 3 → k ∈ ℤ
49 48 ad2antlr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → k ∈ ℤ
50 45 47 49 expne0d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → i k ≠ 0
51 39 44 50 divcld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → C i k ∈ ℂ
52 51 recld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → ℜ ⁡ C i k ∈ ℝ
53 52 rexrd ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → ℜ ⁡ C i k ∈ ℝ *
54 53 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k → ℜ ⁡ C i k ∈ ℝ *
55 simpr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k → 0 ≤ ℜ ⁡ C i k
56 pnfge ⊢ ℜ ⁡ C i k ∈ ℝ * → ℜ ⁡ C i k ≤ +∞
57 54 56 syl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k → ℜ ⁡ C i k ≤ +∞
58 0xr ⊢ 0 ∈ ℝ *
59 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
60 elicc1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * → ℜ ⁡ C i k ∈ 0 +∞ ↔ ℜ ⁡ C i k ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ∧ ℜ ⁡ C i k ≤ +∞
61 58 59 60 mp2an ⊢ ℜ ⁡ C i k ∈ 0 +∞ ↔ ℜ ⁡ C i k ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ∧ ℜ ⁡ C i k ≤ +∞
62 54 55 57 61 syl3anbrc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k → ℜ ⁡ C i k ∈ 0 +∞
63 0e0iccpnf ⊢ 0 ∈ 0 +∞
64 63 a1i ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U ∧ ¬ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k → 0 ∈ 0 +∞
65 62 64 ifclda ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 ∧ x ∈ U → if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ 0 +∞
66 eqid ⊢ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
67 eqid ⊢ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
68 ifan ⊢ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = if x ∈ U if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
69 68 mpteq2i ⊢ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
70 ifan ⊢ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
71 70 eqcomi ⊢ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
72 71 mpteq2i ⊢ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
73 72 a1i ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
74 73 fveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
75 eqidd ⊢ φ → x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
76 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C i k = ℜ ⁡ C i k
77 75 76 14 isibl2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ 𝐿 1 ↔ x ∈ A ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
78 4 77 mpbid ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
79 78 simprd ⊢ φ → ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
80 79 r19.21bi ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
81 74 80 eqeltrd ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 ∈ ℝ
82 ifan ⊢ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
83 82 eqcomi ⊢ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
84 83 mpteq2i ⊢ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
85 84 fveq2i ⊢ ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 = ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
86 eqidd ⊢ φ → x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
87 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ B → ℜ ⁡ C i k = ℜ ⁡ C i k
88 86 87 26 isibl2 ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ 𝐿 1 ↔ x ∈ B ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
89 5 88 mpbid ⊢ φ → x ∈ B ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
90 89 simprd ⊢ φ → ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
91 90 r19.21bi ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
92 85 91 eqeltrid ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 ∈ ℝ
93 34 36 37 38 65 66 67 69 81 92 itg2split ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 + ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0
94 81 92 readdcld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ A if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 + ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ B if 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 0 ∈ ℝ
95 93 94 eqeltrd ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … 3 → ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
96 95 ralrimiva ⊢ φ → ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
97 eqidd ⊢ φ → x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 = x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0
98 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ U → ℜ ⁡ C i k = ℜ ⁡ C i k
99 97 98 3 isibl2 ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ∈ 𝐿 1 ↔ x ∈ U ⟼ C ∈ MblFn ∧ ∀ k ∈ 0 … 3 ∫ 2 ⁡ x ∈ ℝ ⟼ if x ∈ U ∧ 0 ≤ ℜ ⁡ C i k ℜ ⁡ C i k 0 ∈ ℝ
100 32 96 99 mpbir2and ⊢ φ → x ∈ U ⟼ C ∈ 𝐿 1