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Theorem itgcn

Description: Transfer itg2cn to the full Lebesgue integral. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses itgcn.1 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵𝑉 )
itgcn.2 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 )
itgcn.3 ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ+ )
Assertion itgcn ( 𝜑 → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+𝑢 ∈ dom vol ( ( 𝑢𝐴 ∧ ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgcn.1 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵𝑉 )
2 itgcn.2 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 )
3 itgcn.3 ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ+ )
4 iblmbf ( ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ 𝐿1 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ MblFn )
5 2 4 syl ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ MblFn )
6 5 1 mbfmptcl ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℂ )
7 6 abscld ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ ℝ )
8 6 absge0d ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 0 ≤ ( abs ‘ 𝐵 ) )
9 elrege0 ( ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ ( 0 [,) +∞ ) ↔ ( ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ( abs ‘ 𝐵 ) ) )
10 7 8 9 sylanbrc ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
11 0e0icopnf 0 ∈ ( 0 [,) +∞ )
12 11 a1i ( ( 𝜑 ∧ ¬ 𝑥𝐴 ) → 0 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
13 10 12 ifclda ( 𝜑 → if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
14 13 adantr ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) → if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
15 14 fmpttd ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) : ℝ ⟶ ( 0 [,) +∞ ) )
16 5 1 mbfdm2 ( 𝜑𝐴 ∈ dom vol )
17 mblss ( 𝐴 ∈ dom vol → 𝐴 ⊆ ℝ )
18 16 17 syl ( 𝜑𝐴 ⊆ ℝ )
19 rembl ℝ ∈ dom vol
20 19 a1i ( 𝜑 → ℝ ∈ dom vol )
21 13 adantr ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
22 eldifn ( 𝑥 ∈ ( ℝ ∖ 𝐴 ) → ¬ 𝑥𝐴 )
23 22 adantl ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( ℝ ∖ 𝐴 ) ) → ¬ 𝑥𝐴 )
24 23 iffalsed ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( ℝ ∖ 𝐴 ) ) → if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) = 0 )
25 iftrue ( 𝑥𝐴 → if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) = ( abs ‘ 𝐵 ) )
26 25 mpteq2ia ( 𝑥𝐴 ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) = ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) )
27 1 2 iblabs ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 )
28 7 8 iblpos ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 ↔ ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ MblFn ∧ ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ) ∈ ℝ ) ) )
29 27 28 mpbid ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ MblFn ∧ ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ) ∈ ℝ ) )
30 29 simpld ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ MblFn )
31 26 30 eqeltrid ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴 ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ∈ MblFn )
32 18 20 21 24 31 mbfss ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ∈ MblFn )
33 29 simprd ( 𝜑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ) ∈ ℝ )
34 15 32 33 3 itg2cn ( 𝜑 → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+𝑢 ∈ dom vol ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) )
35 simprr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → 𝑢𝐴 )
36 35 sselda ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) ∧ 𝑥𝑢 ) → 𝑥𝐴 )
37 6 adantlr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℂ )
38 36 37 syldan ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) ∧ 𝑥𝑢 ) → 𝐵 ∈ ℂ )
39 38 abscld ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) ∧ 𝑥𝑢 ) → ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ ℝ )
40 simprl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → 𝑢 ∈ dom vol )
41 37 abscld ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ ℝ )
42 27 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( 𝑥𝐴 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 )
43 35 40 41 42 iblss ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( 𝑥𝑢 ↦ ( abs ‘ 𝐵 ) ) ∈ 𝐿1 )
44 38 absge0d ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) ∧ 𝑥𝑢 ) → 0 ≤ ( abs ‘ 𝐵 ) )
45 39 43 44 itgposval ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 = ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ) )
46 35 sseld ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( 𝑥𝑢𝑥𝐴 ) )
47 46 pm4.71d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( 𝑥𝑢 ↔ ( 𝑥𝑢𝑥𝐴 ) ) )
48 47 ifbid ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → if ( 𝑥𝑢 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) = if ( ( 𝑥𝑢𝑥𝐴 ) , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) )
49 ifan if ( ( 𝑥𝑢𝑥𝐴 ) , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) = if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 )
50 48 49 eqtrdi ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → if ( 𝑥𝑢 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) = if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) )
51 50 mpteq2dv ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) = ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) ) )
52 51 fveq2d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ) = ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) ) ) )
53 45 52 eqtrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 = ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) ) ) )
54 nfv 𝑥 𝑦𝑢
55 nffvmpt1 𝑥 ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 )
56 nfcv 𝑥 0
57 54 55 56 nfif 𝑥 if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 )
58 nfcv 𝑦 if ( 𝑥𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) , 0 )
59 elequ1 ( 𝑦 = 𝑥 → ( 𝑦𝑢𝑥𝑢 ) )
60 fveq2 ( 𝑦 = 𝑥 → ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) = ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) )
61 59 60 ifbieq1d ( 𝑦 = 𝑥 → if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) = if ( 𝑥𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) , 0 ) )
62 57 58 61 cbvmpt ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) = ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) , 0 ) )
63 fvex ( abs ‘ 𝐵 ) ∈ V
64 c0ex 0 ∈ V
65 63 64 ifex if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ∈ V
66 eqid ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) = ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) )
67 66 fvmpt2 ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ∈ V ) → ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) = if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) )
68 65 67 mpan2 ( 𝑥 ∈ ℝ → ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) = if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) )
69 68 ifeq1d ( 𝑥 ∈ ℝ → if ( 𝑥𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) , 0 ) = if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) )
70 69 mpteq2ia ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑥 ) , 0 ) ) = ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) )
71 62 70 eqtri ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) = ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) )
72 71 fveq2i ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) = ( ∫2 ‘ ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝑢 , if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) , 0 ) ) )
73 53 72 eqtr4di ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 = ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) )
74 73 breq1d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ↔ ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) )
75 74 biimprd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) )
76 75 imim2d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑢 ∈ dom vol ∧ 𝑢𝐴 ) ) → ( ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) → ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) ) )
77 76 expr ( ( 𝜑𝑢 ∈ dom vol ) → ( 𝑢𝐴 → ( ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) → ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) ) ) )
78 77 com23 ( ( 𝜑𝑢 ∈ dom vol ) → ( ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) → ( 𝑢𝐴 → ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) ) ) )
79 78 imp4a ( ( 𝜑𝑢 ∈ dom vol ) → ( ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) → ( ( 𝑢𝐴 ∧ ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) ) )
80 79 ralimdva ( 𝜑 → ( ∀ 𝑢 ∈ dom vol ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) → ∀ 𝑢 ∈ dom vol ( ( 𝑢𝐴 ∧ ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) ) )
81 80 reximdv ( 𝜑 → ( ∃ 𝑑 ∈ ℝ+𝑢 ∈ dom vol ( ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 → ( ∫2 ‘ ( 𝑦 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑦𝑢 , ( ( 𝑥 ∈ ℝ ↦ if ( 𝑥𝐴 , ( abs ‘ 𝐵 ) , 0 ) ) ‘ 𝑦 ) , 0 ) ) ) < 𝐶 ) → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+𝑢 ∈ dom vol ( ( 𝑢𝐴 ∧ ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) ) )
82 34 81 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+𝑢 ∈ dom vol ( ( 𝑢𝐴 ∧ ( vol ‘ 𝑢 ) < 𝑑 ) → ∫ 𝑢 ( abs ‘ 𝐵 ) d 𝑥 < 𝐶 ) )