Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  cvxcl Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem cvxcl 24511
 Description: Closure of a 0-1 linear combination in a convex set. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Jun-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
cvxcl.1 (𝜑𝐷 ⊆ ℝ)
cvxcl.2 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐷𝑦𝐷)) → (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
Assertion
Ref Expression
cvxcl ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐷   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝑌,𝑦
Allowed substitution hints:   𝑇(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem cvxcl
StepHypRef Expression
1 cvxcl.2 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐷𝑦𝐷)) → (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
21ralrimivva 2954 . . . . 5 (𝜑 → ∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
32ad2antrr 758 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → ∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
4 simpr1 1060 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑋𝐷)
5 simpr2 1061 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑌𝐷)
6 oveq1 6556 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑋 → (𝑥[,]𝑦) = (𝑋[,]𝑦))
76sseq1d 3595 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑋 → ((𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑋[,]𝑦) ⊆ 𝐷))
8 oveq2 6557 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑌 → (𝑋[,]𝑦) = (𝑋[,]𝑌))
98sseq1d 3595 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑌 → ((𝑋[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
107, 9rspc2v 3293 . . . . . 6 ((𝑋𝐷𝑌𝐷) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
114, 5, 10syl2anc 691 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
1211adantr 480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
133, 12mpd 15 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷)
14 ax-1cn 9873 . . . . . . . 8 1 ∈ ℂ
15 unitssre 12190 . . . . . . . . . 10 (0[,]1) ⊆ ℝ
16 simpr3 1062 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑇 ∈ (0[,]1))
1715, 16sseldi 3566 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑇 ∈ ℝ)
1817recnd 9947 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑇 ∈ ℂ)
19 nncan 10189 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℂ ∧ 𝑇 ∈ ℂ) → (1 − (1 − 𝑇)) = 𝑇)
2014, 18, 19sylancr 694 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 − (1 − 𝑇)) = 𝑇)
2120oveq1d 6564 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) = (𝑇 · 𝑋))
2221oveq1d 6564 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
2322adantr 480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
24 cvxcl.1 . . . . . . . 8 (𝜑𝐷 ⊆ ℝ)
2524adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝐷 ⊆ ℝ)
2625, 4sseldd 3569 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑋 ∈ ℝ)
2726adantr 480 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑋 ∈ ℝ)
2825, 5sseldd 3569 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑌 ∈ ℝ)
2928adantr 480 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑌 ∈ ℝ)
30 simpr 476 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑋 < 𝑌)
31 simplr3 1098 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑇 ∈ (0[,]1))
32 iirev 22536 . . . . . 6 (𝑇 ∈ (0[,]1) → (1 − 𝑇) ∈ (0[,]1))
3331, 32syl 17 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (1 − 𝑇) ∈ (0[,]1))
34 lincmb01cmp 12186 . . . . 5 (((𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝑋 < 𝑌) ∧ (1 − 𝑇) ∈ (0[,]1)) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑋[,]𝑌))
3527, 29, 30, 33, 34syl31anc 1321 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑋[,]𝑌))
3623, 35eqeltrrd 2689 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑋[,]𝑌))
3713, 36sseldd 3569 . 2 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
38 oveq2 6557 . . . . 5 (𝑋 = 𝑌 → (𝑇 · 𝑋) = (𝑇 · 𝑌))
3938oveq1d 6564 . . . 4 (𝑋 = 𝑌 → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = ((𝑇 · 𝑌) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
40 pncan3 10168 . . . . . . 7 ((𝑇 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝑇 + (1 − 𝑇)) = 1)
4118, 14, 40sylancl 693 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (𝑇 + (1 − 𝑇)) = 1)
4241oveq1d 6564 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 + (1 − 𝑇)) · 𝑌) = (1 · 𝑌))
43 1re 9918 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
44 resubcl 10224 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℝ ∧ 𝑇 ∈ ℝ) → (1 − 𝑇) ∈ ℝ)
4543, 17, 44sylancr 694 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 − 𝑇) ∈ ℝ)
4645recnd 9947 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 − 𝑇) ∈ ℂ)
4728recnd 9947 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑌 ∈ ℂ)
4818, 46, 47adddird 9944 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 + (1 − 𝑇)) · 𝑌) = ((𝑇 · 𝑌) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
4947mulid2d 9937 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 · 𝑌) = 𝑌)
5042, 48, 493eqtr3d 2652 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑌) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = 𝑌)
5139, 50sylan9eqr 2666 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 = 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = 𝑌)
525adantr 480 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 = 𝑌) → 𝑌𝐷)
5351, 52eqeltrd 2688 . 2 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 = 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
542ad2antrr 758 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
55 oveq1 6556 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑌 → (𝑥[,]𝑦) = (𝑌[,]𝑦))
5655sseq1d 3595 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑌 → ((𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑌[,]𝑦) ⊆ 𝐷))
57 oveq2 6557 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑋 → (𝑌[,]𝑦) = (𝑌[,]𝑋))
5857sseq1d 3595 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑋 → ((𝑌[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
5956, 58rspc2v 3293 . . . . . 6 ((𝑌𝐷𝑋𝐷) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
605, 4, 59syl2anc 691 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
6160adantr 480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
6254, 61mpd 15 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷)
6326recnd 9947 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑋 ∈ ℂ)
6418, 63mulcld 9939 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (𝑇 · 𝑋) ∈ ℂ)
6546, 47mulcld 9939 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((1 − 𝑇) · 𝑌) ∈ ℂ)
6664, 65addcomd 10117 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)))
6766adantr 480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)))
6828adantr 480 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑌 ∈ ℝ)
6926adantr 480 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑋 ∈ ℝ)
70 simpr 476 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑌 < 𝑋)
71 simplr3 1098 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑇 ∈ (0[,]1))
72 lincmb01cmp 12186 . . . . 5 (((𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑌 < 𝑋) ∧ 𝑇 ∈ (0[,]1)) → (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)) ∈ (𝑌[,]𝑋))
7368, 69, 70, 71, 72syl31anc 1321 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)) ∈ (𝑌[,]𝑋))
7467, 73eqeltrd 2688 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑌[,]𝑋))
7562, 74sseldd 3569 . 2 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
7626, 28lttri4d 10057 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (𝑋 < 𝑌𝑋 = 𝑌𝑌 < 𝑋))
7737, 53, 75, 76mpjao3dan 1387 1 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   ∧ w3a 1031   = wceq 1475   ∈ wcel 1977  ∀wral 2896   ⊆ wss 3540   class class class wbr 4583  (class class class)co 6549  ℂcc 9813  ℝcr 9814  0cc0 9815  1c1 9816   + caddc 9818   · cmul 9820   < clt 9953   − cmin 10145  [,]cicc 12049 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-op 4132  df-uni 4373  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-rp 11709  df-icc 12053 This theorem is referenced by:  scvxcvx  24512  jensenlem2  24514  amgmlem  24516
 Copyright terms: Public domain W3C validator