Metamath Proof Explorer


Theorem iblulm

Description: A uniform limit of integrable functions is integrable. (Contributed by Mario Carneiro, 3-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses itgulm.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
itgulm.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
itgulm.f ⊢ φ → F : Z ⟶ 𝐿 1
itgulm.u ⊢ φ → F ⇝u ⁡ S G
itgulm.s ⊢ φ → vol ⁡ S ∈ ℝ
Assertion iblulm ⊢ φ → G ∈ 𝐿 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgulm.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 itgulm.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
3 itgulm.f ⊢ φ → F : Z ⟶ 𝐿 1
4 itgulm.u ⊢ φ → F ⇝u ⁡ S G
5 itgulm.s ⊢ φ → vol ⁡ S ∈ ℝ
6 3 ffnd ⊢ φ → F Fn Z
7 ulmf2 ⊢ F Fn Z ∧ F ⇝u ⁡ S G → F : Z ⟶ ℂ S
8 6 4 7 syl2anc ⊢ φ → F : Z ⟶ ℂ S
9 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → F ⁡ k ⁡ x = F ⁡ k ⁡ x
10 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ S → G ⁡ x = G ⁡ x
11 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
12 11 a1i ⊢ φ → 1 ∈ ℝ +
13 1 2 8 9 10 4 12 ulmi ⊢ φ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1
14 1 r19.2uz ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → ∃ k ∈ Z ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1
15 13 14 syl ⊢ φ → ∃ k ∈ Z ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1
16 ulmcl ⊢ F ⇝u ⁡ S G → G : S ⟶ ℂ
17 4 16 syl ⊢ φ → G : S ⟶ ℂ
18 17 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → G : S ⟶ ℂ
19 18 feqmptd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → G = z ∈ S ⟼ G ⁡ z
20 8 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ ℂ S
21 elmapi ⊢ F ⁡ k ∈ ℂ S → F ⁡ k : S ⟶ ℂ
22 20 21 syl ⊢ φ ∧ k ∈ Z → F ⁡ k : S ⟶ ℂ
23 22 adantrr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k : S ⟶ ℂ
24 23 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 ∧ z ∈ S → F ⁡ k ⁡ z ∈ ℂ
25 18 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 ∧ z ∈ S → G ⁡ z ∈ ℂ
26 24 25 nncand ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 ∧ z ∈ S → F ⁡ k ⁡ z − F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z = G ⁡ z
27 26 mpteq2dva ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z = z ∈ S ⟼ G ⁡ z
28 19 27 eqtr4d ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → G = z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z
29 23 feqmptd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k = z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z
30 3 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ 𝐿 1
31 30 adantrr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k ∈ 𝐿 1
32 29 31 eqeltrrd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z ∈ 𝐿 1
33 24 25 subcld ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 ∧ z ∈ S → F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ ℂ
34 ulmscl ⊢ F ⇝u ⁡ S G → S ∈ V
35 4 34 syl ⊢ φ → S ∈ V
36 35 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → S ∈ V
37 36 24 25 29 19 offval2 ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k − f G = z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z
38 iblmbf ⊢ F ⁡ k ∈ 𝐿 1 → F ⁡ k ∈ MblFn
39 31 38 syl ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k ∈ MblFn
40 iblmbf ⊢ x ∈ 𝐿 1 → x ∈ MblFn
41 40 ssriv ⊢ 𝐿 1 ⊆ MblFn
42 fss ⊢ F : Z ⟶ 𝐿 1 ∧ 𝐿 1 ⊆ MblFn → F : Z ⟶ MblFn
43 3 41 42 sylancl ⊢ φ → F : Z ⟶ MblFn
44 1 2 43 4 mbfulm ⊢ φ → G ∈ MblFn
45 44 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → G ∈ MblFn
46 39 45 mbfsub ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k − f G ∈ MblFn
47 37 46 eqeltrrd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ MblFn
48 eqid ⊢ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z = z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z
49 48 33 dmmptd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z = S
50 49 fveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → vol ⁡ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z = vol ⁡ S
51 5 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → vol ⁡ S ∈ ℝ
52 50 51 eqeltrd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → vol ⁡ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ ℝ
53 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
54 22 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → F ⁡ k ⁡ x ∈ ℂ
55 17 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ Z → G : S ⟶ ℂ
56 55 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → G ⁡ x ∈ ℂ
57 54 56 subcld ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ∈ ℂ
58 57 abscld ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ∈ ℝ
59 ltle ⊢ F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ≤ 1
60 58 53 59 sylancl ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ≤ 1
61 fveq2 ⊢ z = x → F ⁡ k ⁡ z = F ⁡ k ⁡ x
62 fveq2 ⊢ z = x → G ⁡ z = G ⁡ x
63 61 62 oveq12d ⊢ z = x → F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z = F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x
64 ovex ⊢ F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ∈ V
65 63 48 64 fvmpt ⊢ x ∈ S → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x = F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x
66 65 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x = F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x
67 66 fveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x = F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x
68 67 breq1d ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ 1 ↔ F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x ≤ 1
69 60 68 sylibrd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ x ∈ S → F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ 1
70 69 ralimdva ⊢ φ ∧ k ∈ Z → ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → ∀ x ∈ S z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ 1
71 70 impr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → ∀ x ∈ S z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ 1
72 71 49 raleqtrrdv ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → ∀ x ∈ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ 1
73 brralrspcev ⊢ 1 ∈ ℝ ∧ ∀ x ∈ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ 1 → ∃ r ∈ ℝ ∀ x ∈ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ r
74 53 72 73 sylancr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → ∃ r ∈ ℝ ∀ x ∈ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ r
75 bddibl ⊢ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ MblFn ∧ vol ⁡ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ ℝ ∧ ∃ r ∈ ℝ ∀ x ∈ dom ⁡ z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ⁡ x ≤ r → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ 𝐿 1
76 47 52 74 75 syl3anc ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ 𝐿 1
77 24 32 33 76 iblsub ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → z ∈ S ⟼ F ⁡ k ⁡ z − F ⁡ k ⁡ z − G ⁡ z ∈ 𝐿 1
78 28 77 eqeltrd ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ x ∈ S F ⁡ k ⁡ x − G ⁡ x < 1 → G ∈ 𝐿 1
79 15 78 rexlimddv ⊢ φ → G ∈ 𝐿 1