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Theorem itg2cnlem1

Description: Lemma for itgcn . (Contributed by Mario Carneiro, 30-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses itg2cn.1 φ F : 0 +∞
itg2cn.2 φ F MblFn
itg2cn.3 φ 2 F
Assertion itg2cnlem1 φ sup ran n 2 x if F x n F x 0 * < = 2 F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itg2cn.1 φ F : 0 +∞
2 itg2cn.2 φ F MblFn
3 itg2cn.3 φ 2 F
4 fvex F x V
5 c0ex 0 V
6 4 5 ifex if F x n F x 0 V
7 eqid x if F x n F x 0 = x if F x n F x 0
8 7 fvmpt2 x if F x n F x 0 V x if F x n F x 0 x = if F x n F x 0
9 6 8 mpan2 x x if F x n F x 0 x = if F x n F x 0
10 9 mpteq2dv x n x if F x n F x 0 x = n if F x n F x 0
11 10 rneqd x ran n x if F x n F x 0 x = ran n if F x n F x 0
12 11 supeq1d x sup ran n x if F x n F x 0 x < = sup ran n if F x n F x 0 <
13 12 mpteq2ia x sup ran n x if F x n F x 0 x < = x sup ran n if F x n F x 0 <
14 nfcv _ y sup ran n x if F x n F x 0 x <
15 nfcv _ x
16 nfmpt1 _ x x if F x n F x 0
17 15 16 nfmpt _ x n x if F x n F x 0
18 nfcv _ x m
19 17 18 nffv _ x n x if F x n F x 0 m
20 nfcv _ x y
21 19 20 nffv _ x n x if F x n F x 0 m y
22 15 21 nfmpt _ x m n x if F x n F x 0 m y
23 22 nfrn _ x ran m n x if F x n F x 0 m y
24 nfcv _ x
25 nfcv _ x <
26 23 24 25 nfsup _ x sup ran m n x if F x n F x 0 m y <
27 fveq2 x = y x if F x n F x 0 x = x if F x n F x 0 y
28 27 mpteq2dv x = y n x if F x n F x 0 x = n x if F x n F x 0 y
29 breq2 n = m F x n F x m
30 29 ifbid n = m if F x n F x 0 = if F x m F x 0
31 30 mpteq2dv n = m x if F x n F x 0 = x if F x m F x 0
32 31 fveq1d n = m x if F x n F x 0 y = x if F x m F x 0 y
33 32 cbvmptv n x if F x n F x 0 y = m x if F x m F x 0 y
34 eqid n x if F x n F x 0 = n x if F x n F x 0
35 reex V
36 35 mptex x if F x m F x 0 V
37 31 34 36 fvmpt m n x if F x n F x 0 m = x if F x m F x 0
38 37 fveq1d m n x if F x n F x 0 m y = x if F x m F x 0 y
39 38 mpteq2ia m n x if F x n F x 0 m y = m x if F x m F x 0 y
40 33 39 eqtr4i n x if F x n F x 0 y = m n x if F x n F x 0 m y
41 28 40 eqtrdi x = y n x if F x n F x 0 x = m n x if F x n F x 0 m y
42 41 rneqd x = y ran n x if F x n F x 0 x = ran m n x if F x n F x 0 m y
43 42 supeq1d x = y sup ran n x if F x n F x 0 x < = sup ran m n x if F x n F x 0 m y <
44 14 26 43 cbvmpt x sup ran n x if F x n F x 0 x < = y sup ran m n x if F x n F x 0 m y <
45 13 44 eqtr3i x sup ran n if F x n F x 0 < = y sup ran m n x if F x n F x 0 m y <
46 fveq2 x = y F x = F y
47 46 breq1d x = y F x m F y m
48 47 46 ifbieq1d x = y if F x m F x 0 = if F y m F y 0
49 48 cbvmptv x if F x m F x 0 = y if F y m F y 0
50 37 adantl φ m n x if F x n F x 0 m = x if F x m F x 0
51 nnre m m
52 51 ad2antlr φ m y m
53 52 rexrd φ m y m *
54 elioopnf m * F y m +∞ F y m < F y
55 53 54 syl φ m y F y m +∞ F y m < F y
56 simpr φ m y y
57 1 ffnd φ F Fn
58 57 ad2antrr φ m y F Fn
59 elpreima F Fn y F -1 m +∞ y F y m +∞
60 58 59 syl φ m y y F -1 m +∞ y F y m +∞
61 56 60 mpbirand φ m y y F -1 m +∞ F y m +∞
62 rge0ssre 0 +∞
63 fss F : 0 +∞ 0 +∞ F :
64 1 62 63 sylancl φ F :
65 64 adantr φ m F :
66 65 ffvelrnda φ m y F y
67 66 biantrurd φ m y m < F y F y m < F y
68 55 61 67 3bitr4d φ m y y F -1 m +∞ m < F y
69 68 notbid φ m y ¬ y F -1 m +∞ ¬ m < F y
70 eldif y F -1 m +∞ y ¬ y F -1 m +∞
71 70 baib y y F -1 m +∞ ¬ y F -1 m +∞
72 71 adantl φ m y y F -1 m +∞ ¬ y F -1 m +∞
73 66 52 lenltd φ m y F y m ¬ m < F y
74 69 72 73 3bitr4d φ m y y F -1 m +∞ F y m
75 74 ifbid φ m y if y F -1 m +∞ F y 0 = if F y m F y 0
76 75 mpteq2dva φ m y if y F -1 m +∞ F y 0 = y if F y m F y 0
77 49 50 76 3eqtr4a φ m n x if F x n F x 0 m = y if y F -1 m +∞ F y 0
78 difss F -1 m +∞
79 78 a1i φ m F -1 m +∞
80 rembl dom vol
81 80 a1i φ m dom vol
82 fvex F y V
83 82 5 ifex if y F -1 m +∞ F y 0 V
84 83 a1i φ m y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 V
85 eldifn y F -1 m +∞ ¬ y F -1 m +∞
86 85 adantl φ m y F -1 m +∞ ¬ y F -1 m +∞
87 86 iffalsed φ m y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 = 0
88 iftrue y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 = F y
89 88 mpteq2ia y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 = y F -1 m +∞ F y
90 resmpt F -1 m +∞ y F y F -1 m +∞ = y F -1 m +∞ F y
91 78 90 ax-mp y F y F -1 m +∞ = y F -1 m +∞ F y
92 89 91 eqtr4i y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 = y F y F -1 m +∞
93 1 feqmptd φ F = y F y
94 93 2 eqeltrrd φ y F y MblFn
95 mbfima F MblFn F : F -1 m +∞ dom vol
96 2 64 95 syl2anc φ F -1 m +∞ dom vol
97 cmmbl F -1 m +∞ dom vol F -1 m +∞ dom vol
98 96 97 syl φ F -1 m +∞ dom vol
99 mbfres y F y MblFn F -1 m +∞ dom vol y F y F -1 m +∞ MblFn
100 94 98 99 syl2anc φ y F y F -1 m +∞ MblFn
101 92 100 eqeltrid φ y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 MblFn
102 101 adantr φ m y F -1 m +∞ if y F -1 m +∞ F y 0 MblFn
103 79 81 84 87 102 mbfss φ m y if y F -1 m +∞ F y 0 MblFn
104 77 103 eqeltrd φ m n x if F x n F x 0 m MblFn
105 1 ffvelrnda φ x F x 0 +∞
106 0e0icopnf 0 0 +∞
107 ifcl F x 0 +∞ 0 0 +∞ if F x m F x 0 0 +∞
108 105 106 107 sylancl φ x if F x m F x 0 0 +∞
109 108 adantlr φ m x if F x m F x 0 0 +∞
110 50 109 fmpt3d φ m n x if F x n F x 0 m : 0 +∞
111 elrege0 F x 0 +∞ F x 0 F x
112 105 111 sylib φ x F x 0 F x
113 112 simpld φ x F x
114 113 adantlr φ m x F x
115 114 adantr φ m x F x m F x
116 115 leidd φ m x F x m F x F x
117 iftrue F x m if F x m F x 0 = F x
118 117 adantl φ m x F x m if F x m F x 0 = F x
119 51 ad3antlr φ m x F x m m
120 peano2re m m + 1
121 119 120 syl φ m x F x m m + 1
122 simpr φ m x F x m F x m
123 119 lep1d φ m x F x m m m + 1
124 115 119 121 122 123 letrd φ m x F x m F x m + 1
125 124 iftrued φ m x F x m if F x m + 1 F x 0 = F x
126 116 118 125 3brtr4d φ m x F x m if F x m F x 0 if F x m + 1 F x 0
127 iffalse ¬ F x m if F x m F x 0 = 0
128 127 adantl φ m x ¬ F x m if F x m F x 0 = 0
129 112 simprd φ x 0 F x
130 0le0 0 0
131 breq2 F x = if F x m + 1 F x 0 0 F x 0 if F x m + 1 F x 0
132 breq2 0 = if F x m + 1 F x 0 0 0 0 if F x m + 1 F x 0
133 131 132 ifboth 0 F x 0 0 0 if F x m + 1 F x 0
134 129 130 133 sylancl φ x 0 if F x m + 1 F x 0
135 134 adantlr φ m x 0 if F x m + 1 F x 0
136 135 adantr φ m x ¬ F x m 0 if F x m + 1 F x 0
137 128 136 eqbrtrd φ m x ¬ F x m if F x m F x 0 if F x m + 1 F x 0
138 126 137 pm2.61dan φ m x if F x m F x 0 if F x m + 1 F x 0
139 138 ralrimiva φ m x if F x m F x 0 if F x m + 1 F x 0
140 4 5 ifex if F x m + 1 F x 0 V
141 140 a1i φ m x if F x m + 1 F x 0 V
142 eqidd φ m x if F x m F x 0 = x if F x m F x 0
143 eqidd φ m x if F x m + 1 F x 0 = x if F x m + 1 F x 0
144 81 109 141 142 143 ofrfval2 φ m x if F x m F x 0 f x if F x m + 1 F x 0 x if F x m F x 0 if F x m + 1 F x 0
145 139 144 mpbird φ m x if F x m F x 0 f x if F x m + 1 F x 0
146 peano2nn m m + 1
147 146 adantl φ m m + 1
148 breq2 n = m + 1 F x n F x m + 1
149 148 ifbid n = m + 1 if F x n F x 0 = if F x m + 1 F x 0
150 149 mpteq2dv n = m + 1 x if F x n F x 0 = x if F x m + 1 F x 0
151 35 mptex x if F x m + 1 F x 0 V
152 150 34 151 fvmpt m + 1 n x if F x n F x 0 m + 1 = x if F x m + 1 F x 0
153 147 152 syl φ m n x if F x n F x 0 m + 1 = x if F x m + 1 F x 0
154 145 50 153 3brtr4d φ m n x if F x n F x 0 m f n x if F x n F x 0 m + 1
155 64 ffvelrnda φ y F y
156 37 adantl φ y m n x if F x n F x 0 m = x if F x m F x 0
157 156 fveq1d φ y m n x if F x n F x 0 m y = x if F x m F x 0 y
158 113 leidd φ x F x F x
159 breq1 F x = if F x m F x 0 F x F x if F x m F x 0 F x
160 breq1 0 = if F x m F x 0 0 F x if F x m F x 0 F x
161 159 160 ifboth F x F x 0 F x if F x m F x 0 F x
162 158 129 161 syl2anc φ x if F x m F x 0 F x
163 162 adantlr φ m x if F x m F x 0 F x
164 163 ralrimiva φ m x if F x m F x 0 F x
165 35 a1i φ m V
166 4 5 ifex if F x m F x 0 V
167 166 a1i φ m x if F x m F x 0 V
168 1 feqmptd φ F = x F x
169 168 adantr φ m F = x F x
170 165 167 114 142 169 ofrfval2 φ m x if F x m F x 0 f F x if F x m F x 0 F x
171 164 170 mpbird φ m x if F x m F x 0 f F
172 167 fmpttd φ m x if F x m F x 0 : V
173 172 ffnd φ m x if F x m F x 0 Fn
174 57 adantr φ m F Fn
175 inidm =
176 eqidd φ m y x if F x m F x 0 y = x if F x m F x 0 y
177 eqidd φ m y F y = F y
178 173 174 165 165 175 176 177 ofrfval φ m x if F x m F x 0 f F y x if F x m F x 0 y F y
179 171 178 mpbid φ m y x if F x m F x 0 y F y
180 179 r19.21bi φ m y x if F x m F x 0 y F y
181 180 an32s φ y m x if F x m F x 0 y F y
182 157 181 eqbrtrd φ y m n x if F x n F x 0 m y F y
183 182 ralrimiva φ y m n x if F x n F x 0 m y F y
184 brralrspcev F y m n x if F x n F x 0 m y F y z m n x if F x n F x 0 m y z
185 155 183 184 syl2anc φ y z m n x if F x n F x 0 m y z
186 31 fveq2d n = m 2 x if F x n F x 0 = 2 x if F x m F x 0
187 186 cbvmptv n 2 x if F x n F x 0 = m 2 x if F x m F x 0
188 37 fveq2d m 2 n x if F x n F x 0 m = 2 x if F x m F x 0
189 188 mpteq2ia m 2 n x if F x n F x 0 m = m 2 x if F x m F x 0
190 187 189 eqtr4i n 2 x if F x n F x 0 = m 2 n x if F x n F x 0 m
191 190 rneqi ran n 2 x if F x n F x 0 = ran m 2 n x if F x n F x 0 m
192 191 supeq1i sup ran n 2 x if F x n F x 0 * < = sup ran m 2 n x if F x n F x 0 m * <
193 45 104 110 154 185 192 itg2mono φ 2 x sup ran n if F x n F x 0 < = sup ran n 2 x if F x n F x 0 * <
194 eqid n if F x n F x 0 = n if F x n F x 0
195 30 194 166 fvmpt m n if F x n F x 0 m = if F x m F x 0
196 195 adantl φ x m n if F x n F x 0 m = if F x m F x 0
197 162 adantr φ x m if F x m F x 0 F x
198 196 197 eqbrtrd φ x m n if F x n F x 0 m F x
199 198 ralrimiva φ x m n if F x n F x 0 m F x
200 6 a1i φ x n if F x n F x 0 V
201 200 fmpttd φ x n if F x n F x 0 : V
202 201 ffnd φ x n if F x n F x 0 Fn
203 breq1 w = n if F x n F x 0 m w F x n if F x n F x 0 m F x
204 203 ralrn n if F x n F x 0 Fn w ran n if F x n F x 0 w F x m n if F x n F x 0 m F x
205 202 204 syl φ x w ran n if F x n F x 0 w F x m n if F x n F x 0 m F x
206 199 205 mpbird φ x w ran n if F x n F x 0 w F x
207 113 adantr φ x n F x
208 0re 0
209 ifcl F x 0 if F x n F x 0
210 207 208 209 sylancl φ x n if F x n F x 0
211 210 fmpttd φ x n if F x n F x 0 :
212 211 frnd φ x ran n if F x n F x 0
213 1nn 1
214 194 210 dmmptd φ x dom n if F x n F x 0 =
215 213 214 eleqtrrid φ x 1 dom n if F x n F x 0
216 n0i 1 dom n if F x n F x 0 ¬ dom n if F x n F x 0 =
217 dm0rn0 dom n if F x n F x 0 = ran n if F x n F x 0 =
218 217 necon3bbii ¬ dom n if F x n F x 0 = ran n if F x n F x 0
219 216 218 sylib 1 dom n if F x n F x 0 ran n if F x n F x 0
220 215 219 syl φ x ran n if F x n F x 0
221 brralrspcev F x w ran n if F x n F x 0 w F x z w ran n if F x n F x 0 w z
222 113 206 221 syl2anc φ x z w ran n if F x n F x 0 w z
223 suprleub ran n if F x n F x 0 ran n if F x n F x 0 z w ran n if F x n F x 0 w z F x sup ran n if F x n F x 0 < F x w ran n if F x n F x 0 w F x
224 212 220 222 113 223 syl31anc φ x sup ran n if F x n F x 0 < F x w ran n if F x n F x 0 w F x
225 206 224 mpbird φ x sup ran n if F x n F x 0 < F x
226 arch F x m F x < m
227 113 226 syl φ x m F x < m
228 195 ad2antrl φ x m F x < m n if F x n F x 0 m = if F x m F x 0
229 ltle F x m F x < m F x m
230 113 51 229 syl2an φ x m F x < m F x m
231 230 impr φ x m F x < m F x m
232 231 iftrued φ x m F x < m if F x m F x 0 = F x
233 228 232 eqtrd φ x m F x < m n if F x n F x 0 m = F x
234 202 adantr φ x m F x < m n if F x n F x 0 Fn
235 simprl φ x m F x < m m
236 fnfvelrn n if F x n F x 0 Fn m n if F x n F x 0 m ran n if F x n F x 0
237 234 235 236 syl2anc φ x m F x < m n if F x n F x 0 m ran n if F x n F x 0
238 233 237 eqeltrrd φ x m F x < m F x ran n if F x n F x 0
239 227 238 rexlimddv φ x F x ran n if F x n F x 0
240 212 220 222 239 suprubd φ x F x sup ran n if F x n F x 0 <
241 212 220 222 suprcld φ x sup ran n if F x n F x 0 <
242 241 113 letri3d φ x sup ran n if F x n F x 0 < = F x sup ran n if F x n F x 0 < F x F x sup ran n if F x n F x 0 <
243 225 240 242 mpbir2and φ x sup ran n if F x n F x 0 < = F x
244 243 mpteq2dva φ x sup ran n if F x n F x 0 < = x F x
245 244 168 eqtr4d φ x sup ran n if F x n F x 0 < = F
246 245 fveq2d φ 2 x sup ran n if F x n F x 0 < = 2 F
247 193 246 eqtr3d φ sup ran n 2 x if F x n F x 0 * < = 2 F