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Theorem cvxcl 23157
Description: Closure of a 0-1 linear combination in a convex set. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Jun-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
cvxcl.1  |-  ( ph  ->  D  C_  RR )
cvxcl.2  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  D  /\  y  e.  D ) )  -> 
( x [,] y
)  C_  D )
Assertion
Ref Expression
cvxcl  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  e.  D )
Distinct variable groups:    x, y, D    ph, x, y    x, X, y    x, Y, y
Allowed substitution hints:    T( x, y)

Proof of Theorem cvxcl
StepHypRef Expression
1 cvxcl.1 . . . . 5  |-  ( ph  ->  D  C_  RR )
21adantr 465 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  D  C_  RR )
3 simpr1 1002 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  X  e.  D )
42, 3sseldd 3510 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  X  e.  RR )
5 simpr2 1003 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  Y  e.  D )
62, 5sseldd 3510 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  Y  e.  RR )
74, 6lttri4d 9735 . 2  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( X  <  Y  \/  X  =  Y  \/  Y  <  X ) )
8 cvxcl.2 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  D  /\  y  e.  D ) )  -> 
( x [,] y
)  C_  D )
98ralrimivva 2888 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y
)  C_  D )
109ad2antrr 725 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D
)
11 oveq1 6301 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  X  ->  (
x [,] y )  =  ( X [,] y ) )
1211sseq1d 3536 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  X  ->  (
( x [,] y
)  C_  D  <->  ( X [,] y )  C_  D
) )
13 oveq2 6302 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  Y  ->  ( X [,] y )  =  ( X [,] Y
) )
1413sseq1d 3536 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  Y  ->  (
( X [,] y
)  C_  D  <->  ( X [,] Y )  C_  D
) )
1512, 14rspc2v 3228 . . . . . . 7  |-  ( ( X  e.  D  /\  Y  e.  D )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( X [,] Y
)  C_  D )
)
163, 5, 15syl2anc 661 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( X [,] Y
)  C_  D )
)
1716adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y
)  C_  D  ->  ( X [,] Y ) 
C_  D ) )
1810, 17mpd 15 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  ( X [,] Y )  C_  D )
19 ax-1cn 9560 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  CC
20 unitssre 11677 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 0 [,] 1 )  C_  RR
21 simpr3 1004 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  T  e.  ( 0 [,] 1 ) )
2220, 21sseldi 3507 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  T  e.  RR )
2322recnd 9632 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  T  e.  CC )
24 nncan 9858 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  T  e.  CC )  ->  ( 1  -  (
1  -  T ) )  =  T )
2519, 23, 24sylancr 663 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  -  (
1  -  T ) )  =  T )
2625oveq1d 6309 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( 1  -  ( 1  -  T
) )  x.  X
)  =  ( T  x.  X ) )
2726oveq1d 6309 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( ( 1  -  ( 1  -  T ) )  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  =  ( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) ) )
2827adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( ( 1  -  ( 1  -  T
) )  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  ( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y
) ) )
294adantr 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  X  e.  RR )
306adantr 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  Y  e.  RR )
31 simpr 461 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  X  <  Y )
32 simplr3 1040 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  T  e.  ( 0 [,] 1
) )
33 iirev 21274 . . . . . . 7  |-  ( T  e.  ( 0 [,] 1 )  ->  (
1  -  T )  e.  ( 0 [,] 1 ) )
3432, 33syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
1  -  T )  e.  ( 0 [,] 1 ) )
35 lincmb01cmp 11673 . . . . . 6  |-  ( ( ( X  e.  RR  /\  Y  e.  RR  /\  X  <  Y )  /\  ( 1  -  T
)  e.  ( 0 [,] 1 ) )  ->  ( ( ( 1  -  ( 1  -  T ) )  x.  X )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y
) )  e.  ( X [,] Y ) )
3629, 30, 31, 34, 35syl31anc 1231 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( ( 1  -  ( 1  -  T
) )  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  ( X [,] Y ) )
3728, 36eqeltrrd 2556 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  ( X [,] Y ) )
3818, 37sseldd 3510 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  D )
39 oveq2 6302 . . . . . 6  |-  ( X  =  Y  ->  ( T  x.  X )  =  ( T  x.  Y ) )
4039oveq1d 6309 . . . . 5  |-  ( X  =  Y  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  ( ( T  x.  Y )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y
) ) )
41 pncan3 9838 . . . . . . . 8  |-  ( ( T  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( T  +  ( 1  -  T ) )  =  1 )
4223, 19, 41sylancl 662 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( T  +  ( 1  -  T ) )  =  1 )
4342oveq1d 6309 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  +  ( 1  -  T
) )  x.  Y
)  =  ( 1  x.  Y ) )
44 1re 9605 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  RR
45 resubcl 9893 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 1  e.  RR  /\  T  e.  RR )  ->  ( 1  -  T
)  e.  RR )
4644, 22, 45sylancr 663 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  -  T
)  e.  RR )
4746recnd 9632 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  -  T
)  e.  CC )
486recnd 9632 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  Y  e.  CC )
4923, 47, 48adddird 9631 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  +  ( 1  -  T
) )  x.  Y
)  =  ( ( T  x.  Y )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) ) )
5048mulid2d 9624 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  x.  Y
)  =  Y )
5143, 49, 503eqtr3d 2516 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  Y )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  =  Y )
5240, 51sylan9eqr 2530 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  =  Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  Y )
535adantr 465 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  =  Y )  ->  Y  e.  D )
5452, 53eqeltrd 2555 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  =  Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  D )
559ad2antrr 725 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D
)
56 oveq1 6301 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  Y  ->  (
x [,] y )  =  ( Y [,] y ) )
5756sseq1d 3536 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  Y  ->  (
( x [,] y
)  C_  D  <->  ( Y [,] y )  C_  D
) )
58 oveq2 6302 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  X  ->  ( Y [,] y )  =  ( Y [,] X
) )
5958sseq1d 3536 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  X  ->  (
( Y [,] y
)  C_  D  <->  ( Y [,] X )  C_  D
) )
6057, 59rspc2v 3228 . . . . . . 7  |-  ( ( Y  e.  D  /\  X  e.  D )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( Y [,] X
)  C_  D )
)
615, 3, 60syl2anc 661 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( Y [,] X
)  C_  D )
)
6261adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y
)  C_  D  ->  ( Y [,] X ) 
C_  D ) )
6355, 62mpd 15 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  ( Y [,] X )  C_  D )
644recnd 9632 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  X  e.  CC )
6523, 64mulcld 9626 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( T  x.  X
)  e.  CC )
6647, 48mulcld 9626 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( 1  -  T )  x.  Y
)  e.  CC )
6765, 66addcomd 9791 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  =  ( ( ( 1  -  T
)  x.  Y )  +  ( T  x.  X ) ) )
6867adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  ( ( ( 1  -  T )  x.  Y )  +  ( T  x.  X
) ) )
696adantr 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  Y  e.  RR )
704adantr 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  X  e.  RR )
71 simpr 461 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  Y  <  X )
72 simplr3 1040 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  T  e.  ( 0 [,] 1
) )
73 lincmb01cmp 11673 . . . . . 6  |-  ( ( ( Y  e.  RR  /\  X  e.  RR  /\  Y  <  X )  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) )  ->  ( ( ( 1  -  T )  x.  Y )  +  ( T  x.  X
) )  e.  ( Y [,] X ) )
7469, 70, 71, 72, 73syl31anc 1231 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( ( 1  -  T )  x.  Y
)  +  ( T  x.  X ) )  e.  ( Y [,] X ) )
7568, 74eqeltrd 2555 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  ( Y [,] X ) )
7663, 75sseldd 3510 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  D )
7738, 54, 763jaodan 1294 . 2  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  ( X  <  Y  \/  X  =  Y  \/  Y  <  X ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  e.  D )
787, 77mpdan 668 1  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  e.  D )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 369    \/ w3o 972    /\ w3a 973    = wceq 1379    e. wcel 1767   A.wral 2817    C_ wss 3481   class class class wbr 4452  (class class class)co 6294   CCcc 9500   RRcr 9501   0cc0 9502   1c1 9503    + caddc 9505    x. cmul 9507    < clt 9638    - cmin 9815   [,]cicc 11542
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-sep 4573  ax-nul 4581  ax-pow 4630  ax-pr 4691  ax-un 6586  ax-cnex 9558  ax-resscn 9559  ax-1cn 9560  ax-icn 9561  ax-addcl 9562  ax-addrcl 9563  ax-mulcl 9564  ax-mulrcl 9565  ax-mulcom 9566  ax-addass 9567  ax-mulass 9568  ax-distr 9569  ax-i2m1 9570  ax-1ne0 9571  ax-1rid 9572  ax-rnegex 9573  ax-rrecex 9574  ax-cnre 9575  ax-pre-lttri 9576  ax-pre-lttrn 9577  ax-pre-ltadd 9578  ax-pre-mulgt0 9579
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1382  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-nel 2665  df-ral 2822  df-rex 2823  df-reu 2824  df-rab 2826  df-v 3120  df-sbc 3337  df-csb 3441  df-dif 3484  df-un 3486  df-in 3488  df-ss 3495  df-nul 3791  df-if 3945  df-pw 4017  df-sn 4033  df-pr 4035  df-op 4039  df-uni 4251  df-br 4453  df-opab 4511  df-mpt 4512  df-id 4800  df-po 4805  df-so 4806  df-xp 5010  df-rel 5011  df-cnv 5012  df-co 5013  df-dm 5014  df-rn 5015  df-res 5016  df-ima 5017  df-iota 5556  df-fun 5595  df-fn 5596  df-f 5597  df-f1 5598  df-fo 5599  df-f1o 5600  df-fv 5601  df-riota 6255  df-ov 6297  df-oprab 6298  df-mpt2 6299  df-er 7321  df-en 7527  df-dom 7528  df-sdom 7529  df-pnf 9640  df-mnf 9641  df-xr 9642  df-ltxr 9643  df-le 9644  df-sub 9817  df-neg 9818  df-rp 11231  df-icc 11546
This theorem is referenced by:  scvxcvx  23158  jensenlem2  23160  amgmlem  23162
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