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Theorem itgparts

Description: Integration by parts. If B ( x ) is the derivative of A ( x ) and D ( x ) is the derivative of C ( x ) , and E = ( A x. B ) ( X ) and F = ( A x. B ) ( Y ) , then under suitable integrability and differentiability assumptions, the integral of A x. D from X to Y is equal to F - E minus the integral of B x. C . (Contributed by Mario Carneiro, 3-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses itgparts.x φ X
itgparts.y φ Y
itgparts.le φ X Y
itgparts.a φ x X Y A : X Y cn
itgparts.c φ x X Y C : X Y cn
itgparts.b φ x X Y B : X Y cn
itgparts.d φ x X Y D : X Y cn
itgparts.ad φ x X Y A D 𝐿 1
itgparts.bc φ x X Y B C 𝐿 1
itgparts.da φ dx X Y A d x = x X Y B
itgparts.dc φ dx X Y C d x = x X Y D
itgparts.e φ x = X A C = E
itgparts.f φ x = Y A C = F
Assertion itgparts φ X Y A D dx = F - E - X Y B C dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgparts.x φ X
2 itgparts.y φ Y
3 itgparts.le φ X Y
4 itgparts.a φ x X Y A : X Y cn
5 itgparts.c φ x X Y C : X Y cn
6 itgparts.b φ x X Y B : X Y cn
7 itgparts.d φ x X Y D : X Y cn
8 itgparts.ad φ x X Y A D 𝐿 1
9 itgparts.bc φ x X Y B C 𝐿 1
10 itgparts.da φ dx X Y A d x = x X Y B
11 itgparts.dc φ dx X Y C d x = x X Y D
12 itgparts.e φ x = X A C = E
13 itgparts.f φ x = Y A C = F
14 cncff x X Y B : X Y cn x X Y B : X Y
15 6 14 syl φ x X Y B : X Y
16 15 fvmptelrn φ x X Y B
17 ioossicc X Y X Y
18 17 sseli x X Y x X Y
19 cncff x X Y C : X Y cn x X Y C : X Y
20 5 19 syl φ x X Y C : X Y
21 20 fvmptelrn φ x X Y C
22 18 21 sylan2 φ x X Y C
23 16 22 mulcld φ x X Y B C
24 23 9 itgcl φ X Y B C dx
25 cncff x X Y A : X Y cn x X Y A : X Y
26 4 25 syl φ x X Y A : X Y
27 26 fvmptelrn φ x X Y A
28 18 27 sylan2 φ x X Y A
29 cncff x X Y D : X Y cn x X Y D : X Y
30 7 29 syl φ x X Y D : X Y
31 30 fvmptelrn φ x X Y D
32 28 31 mulcld φ x X Y A D
33 32 8 itgcl φ X Y A D dx
34 24 33 pncan2d φ X Y B C dx + X Y A D dx - X Y B C dx = X Y A D dx
35 23 9 32 8 itgadd φ X Y B C + A D dx = X Y B C dx + X Y A D dx
36 fveq2 x = t dx X Y A C d x x = dx X Y A C d x t
37 nfcv _ t dx X Y A C d x x
38 nfcv _ x
39 nfcv _ x D
40 nfmpt1 _ x x X Y A C
41 38 39 40 nfov _ x dx X Y A C d x
42 nfcv _ x t
43 41 42 nffv _ x dx X Y A C d x t
44 36 37 43 cbvitg X Y dx X Y A C d x x dx = X Y dx X Y A C d x t dt
45 ax-resscn
46 45 a1i φ
47 iccssre X Y X Y
48 1 2 47 syl2anc φ X Y
49 27 21 mulcld φ x X Y A C
50 eqid TopOpen fld = TopOpen fld
51 50 tgioo2 topGen ran . = TopOpen fld 𝑡
52 iccntr X Y int topGen ran . X Y = X Y
53 1 2 52 syl2anc φ int topGen ran . X Y = X Y
54 46 48 49 51 50 53 dvmptntr φ dx X Y A C d x = dx X Y A C d x
55 reelprrecn
56 55 a1i φ
57 46 48 27 51 50 53 dvmptntr φ dx X Y A d x = dx X Y A d x
58 57 10 eqtr3d φ dx X Y A d x = x X Y B
59 46 48 21 51 50 53 dvmptntr φ dx X Y C d x = dx X Y C d x
60 59 11 eqtr3d φ dx X Y C d x = x X Y D
61 56 28 16 58 22 31 60 dvmptmul φ dx X Y A C d x = x X Y B C + D A
62 31 28 mulcomd φ x X Y D A = A D
63 62 oveq2d φ x X Y B C + D A = B C + A D
64 63 mpteq2dva φ x X Y B C + D A = x X Y B C + A D
65 54 61 64 3eqtrd φ dx X Y A C d x = x X Y B C + A D
66 50 addcn + TopOpen fld × t TopOpen fld Cn TopOpen fld
67 66 a1i φ + TopOpen fld × t TopOpen fld Cn TopOpen fld
68 resmpt X Y X Y x X Y C X Y = x X Y C
69 17 68 ax-mp x X Y C X Y = x X Y C
70 rescncf X Y X Y x X Y C : X Y cn x X Y C X Y : X Y cn
71 17 5 70 mpsyl φ x X Y C X Y : X Y cn
72 69 71 eqeltrrid φ x X Y C : X Y cn
73 6 72 mulcncf φ x X Y B C : X Y cn
74 resmpt X Y X Y x X Y A X Y = x X Y A
75 17 74 ax-mp x X Y A X Y = x X Y A
76 rescncf X Y X Y x X Y A : X Y cn x X Y A X Y : X Y cn
77 17 4 76 mpsyl φ x X Y A X Y : X Y cn
78 75 77 eqeltrrid φ x X Y A : X Y cn
79 78 7 mulcncf φ x X Y A D : X Y cn
80 50 67 73 79 cncfmpt2f φ x X Y B C + A D : X Y cn
81 65 80 eqeltrd φ dx X Y A C d x : X Y cn
82 23 9 32 8 ibladd φ x X Y B C + A D 𝐿 1
83 65 82 eqeltrd φ dx X Y A C d x 𝐿 1
84 4 5 mulcncf φ x X Y A C : X Y cn
85 1 2 3 81 83 84 ftc2 φ X Y dx X Y A C d x t dt = x X Y A C Y x X Y A C X
86 44 85 syl5eq φ X Y dx X Y A C d x x dx = x X Y A C Y x X Y A C X
87 65 fveq1d φ dx X Y A C d x x = x X Y B C + A D x
88 87 adantr φ x X Y dx X Y A C d x x = x X Y B C + A D x
89 simpr φ x X Y x X Y
90 ovex B C + A D V
91 eqid x X Y B C + A D = x X Y B C + A D
92 91 fvmpt2 x X Y B C + A D V x X Y B C + A D x = B C + A D
93 89 90 92 sylancl φ x X Y x X Y B C + A D x = B C + A D
94 88 93 eqtrd φ x X Y dx X Y A C d x x = B C + A D
95 94 itgeq2dv φ X Y dx X Y A C d x x dx = X Y B C + A D dx
96 1 rexrd φ X *
97 2 rexrd φ Y *
98 ubicc2 X * Y * X Y Y X Y
99 96 97 3 98 syl3anc φ Y X Y
100 ovex A C V
101 100 csbex Y / x A C V
102 eqid x X Y A C = x X Y A C
103 102 fvmpts Y X Y Y / x A C V x X Y A C Y = Y / x A C
104 99 101 103 sylancl φ x X Y A C Y = Y / x A C
105 2 13 csbied φ Y / x A C = F
106 104 105 eqtrd φ x X Y A C Y = F
107 lbicc2 X * Y * X Y X X Y
108 96 97 3 107 syl3anc φ X X Y
109 100 csbex X / x A C V
110 102 fvmpts X X Y X / x A C V x X Y A C X = X / x A C
111 108 109 110 sylancl φ x X Y A C X = X / x A C
112 1 12 csbied φ X / x A C = E
113 111 112 eqtrd φ x X Y A C X = E
114 106 113 oveq12d φ x X Y A C Y x X Y A C X = F E
115 86 95 114 3eqtr3d φ X Y B C + A D dx = F E
116 35 115 eqtr3d φ X Y B C dx + X Y A D dx = F E
117 116 oveq1d φ X Y B C dx + X Y A D dx - X Y B C dx = F - E - X Y B C dx
118 34 117 eqtr3d φ X Y A D dx = F - E - X Y B C dx