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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 ∈ ℝ
itgparts.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ
itgparts.le ⊢ φ → X ≤ Y
itgparts.a ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A : X Y ⟶cn ℂ
itgparts.c ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ C : X Y ⟶cn ℂ
itgparts.b ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ B : X Y ⟶cn ℂ
itgparts.d ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ D : X Y ⟶cn ℂ
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 ℝ x = x ∈ X Y ⟼ B
itgparts.dc ⊢ φ → dx ∈ X Y C d ℝ 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 ∈ ℝ
2 itgparts.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ
3 itgparts.le ⊢ φ → X ≤ Y
4 itgparts.a ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A : X Y ⟶cn ℂ
5 itgparts.c ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ C : X Y ⟶cn ℂ
6 itgparts.b ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ B : X Y ⟶cn ℂ
7 itgparts.d ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ D : X Y ⟶cn ℂ
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 ℝ x = x ∈ X Y ⟼ B
11 itgparts.dc ⊢ φ → dx ∈ X Y C d ℝ 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 ℂ → x ∈ X Y ⟼ B : X Y ⟶ ℂ
15 6 14 syl ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ B : X Y ⟶ ℂ
16 15 fvmptelcdm ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → B ∈ ℂ
17 ioossicc ⊢ X Y ⊆ X Y
18 17 sseli ⊢ x ∈ X Y → x ∈ X Y
19 cncff ⊢ x ∈ X Y ⟼ C : X Y ⟶cn ℂ → x ∈ X Y ⟼ C : X Y ⟶ ℂ
20 5 19 syl ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ C : X Y ⟶ ℂ
21 20 fvmptelcdm ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → C ∈ ℂ
22 18 21 sylan2 ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → C ∈ ℂ
23 16 22 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → B ⁢ C ∈ ℂ
24 23 9 itgcl ⊢ φ → ∫ X Y B ⁢ C dx ∈ ℂ
25 cncff ⊢ x ∈ X Y ⟼ A : X Y ⟶cn ℂ → x ∈ X Y ⟼ A : X Y ⟶ ℂ
26 4 25 syl ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A : X Y ⟶ ℂ
27 26 fvmptelcdm ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → A ∈ ℂ
28 18 27 sylan2 ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → A ∈ ℂ
29 cncff ⊢ x ∈ X Y ⟼ D : X Y ⟶cn ℂ → x ∈ X Y ⟼ D : X Y ⟶ ℂ
30 7 29 syl ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ D : X Y ⟶ ℂ
31 30 fvmptelcdm ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → D ∈ ℂ
32 28 31 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → A ⁢ D ∈ ℂ
33 32 8 itgcl ⊢ φ → ∫ X Y A ⁢ D dx ∈ ℂ
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 ℝ x ⁡ x = dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ t
37 nfcv ⊢ Ⅎ _ t dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ x
38 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ℝ
39 nfcv ⊢ Ⅎ _ x D
40 nfmpt1 ⊢ Ⅎ _ x x ∈ X Y ⟼ A ⁢ C
41 38 39 40 nfov ⊢ Ⅎ _ x dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x
42 nfcv ⊢ Ⅎ _ x t
43 41 42 nffv ⊢ Ⅎ _ x dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ t
44 36 37 43 cbvitg ⊢ ∫ X Y dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ x dx = ∫ X Y dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ t dt
45 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
46 45 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℂ
47 iccssre ⊢ X ∈ ℝ ∧ Y ∈ ℝ → X Y ⊆ ℝ
48 1 2 47 syl2anc ⊢ φ → X Y ⊆ ℝ
49 27 21 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → A ⁢ C ∈ ℂ
50 tgioo4 ⊢ topGen ⁡ ran ⁡ . = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
51 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld
52 iccntr ⊢ X ∈ ℝ ∧ Y ∈ ℝ → int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ X Y = X Y
53 1 2 52 syl2anc ⊢ φ → int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ X Y = X Y
54 46 48 49 50 51 53 dvmptntr ⊢ φ → dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x = dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x
55 reelprrecn ⊢ ℝ ∈ ℝ ℂ
56 55 a1i ⊢ φ → ℝ ∈ ℝ ℂ
57 46 48 27 50 51 53 dvmptntr ⊢ φ → dx ∈ X Y A d ℝ x = dx ∈ X Y A d ℝ x
58 57 10 eqtr3d ⊢ φ → dx ∈ X Y A d ℝ x = x ∈ X Y ⟼ B
59 46 48 21 50 51 53 dvmptntr ⊢ φ → dx ∈ X Y C d ℝ x = dx ∈ X Y C d ℝ x
60 59 11 eqtr3d ⊢ φ → dx ∈ X Y C d ℝ x = x ∈ X Y ⟼ D
61 56 28 16 58 22 31 60 dvmptmul ⊢ φ → dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ 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 ℝ x = x ∈ X Y ⟼ B ⁢ C + A ⁢ D
66 51 addcn ⊢ + ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld × t TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
67 66 a1i ⊢ φ → + ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld × t TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ 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 ℂ → x ∈ X Y ⟼ C ↾ X Y : X Y ⟶cn ℂ
71 17 5 70 mpsyl ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ C ↾ X Y : X Y ⟶cn ℂ
72 69 71 eqeltrrid ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ C : X Y ⟶cn ℂ
73 6 72 mulcncf ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ B ⁢ C : X Y ⟶cn ℂ
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 ℂ → x ∈ X Y ⟼ A ↾ X Y : X Y ⟶cn ℂ
77 17 4 76 mpsyl ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A ↾ X Y : X Y ⟶cn ℂ
78 75 77 eqeltrrid ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A : X Y ⟶cn ℂ
79 78 7 mulcncf ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A ⁢ D : X Y ⟶cn ℂ
80 51 67 73 79 cncfmpt2f ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ B ⁢ C + A ⁢ D : X Y ⟶cn ℂ
81 65 80 eqeltrd ⊢ φ → dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x : X Y ⟶cn ℂ
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 ℝ x ∈ 𝐿 1
84 4 5 mulcncf ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ A ⁢ C : X Y ⟶cn ℂ
85 1 2 3 81 83 84 ftc2 ⊢ φ → ∫ X Y dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ t dt = x ∈ X Y ⟼ A ⁢ C ⁡ Y − x ∈ X Y ⟼ A ⁢ C ⁡ X
86 44 85 eqtrid ⊢ φ → ∫ X Y dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ 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 ℝ x ⁡ x = x ∈ X Y ⟼ B ⁢ C + A ⁢ D ⁡ x
88 87 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ 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 ℝ x ⁡ x = B ⁢ C + A ⁢ D
95 94 itgeq2dv ⊢ φ → ∫ X Y dx ∈ X Y A ⁢ C d ℝ x ⁡ x dx = ∫ X Y B ⁢ C + A ⁢ D dx
96 1 rexrd ⊢ φ → X ∈ ℝ *
97 2 rexrd ⊢ φ → Y ∈ ℝ *
98 ubicc2 ⊢ X ∈ ℝ * ∧ Y ∈ ℝ * ∧ 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 ∈ ℝ * ∧ Y ∈ ℝ * ∧ 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