Theorem iunhoiioo 39567

Description: A n-dimensional open interval expressed as the indexed union of half-open intervals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 8-Apr-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
iunhoiioo.k	⊢ Ⅎ𝑘𝜑
iunhoiioo.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ Fin)
iunhoiioo.a	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ)
iunhoiioo.b	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ∈ ℝ*)

Assertion

Ref	Expression
iunhoiioo	⊢ (𝜑 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝐵,𝑛   𝑘,𝑋,𝑛   𝜑,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑘)   𝐴(𝑘)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem iunhoiioo

Dummy variable 𝑓 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnn0 38536	. . . . . 6 ⊢ ℕ ≠ ∅
2		iunconst 4465	. . . . . 6 ⊢ (ℕ ≠ ∅ → ∪ 𝑛 ∈ ℕ {∅} = {∅})
3	1, 2	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ ∪ 𝑛 ∈ ℕ {∅} = {∅}
4	3	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝑋 = ∅ → ∪ 𝑛 ∈ ℕ {∅} = {∅})
5		ixpeq1 7805	. . . . . . 7 ⊢ (𝑋 = ∅ → X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = X𝑘 ∈ ∅ ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵))
6		ixp0x 7822	. . . . . . . 8 ⊢ X𝑘 ∈ ∅ ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = {∅}
7	6	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑋 = ∅ → X𝑘 ∈ ∅ ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = {∅})
8	5, 7	eqtrd 2644	. . . . . 6 ⊢ (𝑋 = ∅ → X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = {∅})
9	8	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 = ∅ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = {∅})
10	9	iuneq2dv 4478	. . . 4 ⊢ (𝑋 = ∅ → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ {∅})
11		ixpeq1 7805	. . . . 5 ⊢ (𝑋 = ∅ → X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵) = X𝑘 ∈ ∅ (𝐴(,)𝐵))
12		ixp0x 7822	. . . . . 6 ⊢ X𝑘 ∈ ∅ (𝐴(,)𝐵) = {∅}
13	12	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝑋 = ∅ → X𝑘 ∈ ∅ (𝐴(,)𝐵) = {∅})
14	11, 13	eqtrd 2644	. . . 4 ⊢ (𝑋 = ∅ → X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵) = {∅})
15	4, 10, 14	3eqtr4d 2654	. . 3 ⊢ (𝑋 = ∅ → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
16	15	adantl 481	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑋 = ∅) → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
17		iunhoiioo.k	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘𝜑
18		nfv 1830	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘 𝑛 ∈ ℕ
19	17, 18	nfan 1816	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘(𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ)
20		iunhoiioo.a	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ)
21	20	rexrd 9968	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ*)
22	21	adantlr 747	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ*)
23		iunhoiioo.b	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ∈ ℝ*)
24	23	adantlr 747	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ∈ ℝ*)
25	20	adantlr 747	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ)
26		nnrp 11718	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
27	26	ad2antlr 759	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝑛 ∈ ℝ+)
28	27	rpreccld 11758	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
29	25, 28	ltaddrpd 11781	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 < (𝐴 + (1 / 𝑛)))
30		xrleid 11859	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐵 ∈ ℝ* → 𝐵 ≤ 𝐵)
31	23, 30	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ≤ 𝐵)
32	31	adantlr 747	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ≤ 𝐵)
33		icossioo 12135	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ* ∧ 𝐵 ∈ ℝ*) ∧ (𝐴 < (𝐴 + (1 / 𝑛)) ∧ 𝐵 ≤ 𝐵)) → ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ (𝐴(,)𝐵))
34	22, 24, 29, 32, 33	syl22anc 1319	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ (𝐴(,)𝐵))
35	19, 34	ixpssixp 38297	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
36	35	ralrimiva 2949	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
37		iunss 4497	. . . . 5 ⊢ (∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵) ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
38	36, 37	sylibr 223	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
39	38	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
40		nfv 1830	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘 ¬ 𝑋 = ∅
41	17, 40	nfan 1816	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘(𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅)
42		nfcv 2751	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘𝑓
43		nfixp1 7814	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)
44	42, 43	nfel 2763	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)
45	41, 44	nfan 1816	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑘((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
46		iunhoiioo.x	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ Fin)
47	46	ad2antrr 758	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)) → 𝑋 ∈ Fin)
48		neqne 2790	. . . . . . 7 ⊢ (¬ 𝑋 = ∅ → 𝑋 ≠ ∅)
49	48	ad2antlr 759	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)) → 𝑋 ≠ ∅)
50	20	ad4ant14 1285	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ)
51	23	ad4ant14 1285	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ∈ ℝ*)
52		simpr 476	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)) → 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
53		eqid 2610	. . . . . 6 ⊢ inf(ran (𝑘 ∈ 𝑋 ↦ ((𝑓‘𝑘) − 𝐴)), ℝ, < ) = inf(ran (𝑘 ∈ 𝑋 ↦ ((𝑓‘𝑘) − 𝐴)), ℝ, < )
54	45, 47, 49, 50, 51, 52, 53	iunhoiioolem 39566	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) ∧ 𝑓 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)) → 𝑓 ∈ ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵))
55	54	ralrimiva 2949	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) → ∀𝑓 ∈ X 𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)𝑓 ∈ ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵))
56		dfss3 3558	. . . 4 ⊢ (X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵) ⊆ ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) ↔ ∀𝑓 ∈ X 𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵)𝑓 ∈ ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵))
57	55, 56	sylibr 223	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) → X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵) ⊆ ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵))
58	39, 57	eqssd 3585	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 = ∅) → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))
59	16, 58	pm2.61dan 828	1 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 ((𝐴 + (1 / 𝑛))[,)𝐵) = X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴(,)𝐵))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 383   = wceq 1475  Ⅎwnf 1699   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∀wral 2896   ⊆ wss 3540  ∅c0 3874  {csn 4125  ∪ ciun 4455   class class class wbr 4583   ↦ cmpt 4643  ran crn 5039  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  Xcixp 7794  Fincfn 7841  infcinf 8230  ℝcr 9814  1c1 9816   + caddc 9818  ℝ^*cxr 9952   < clt 9953   ≤ cle 9954   − cmin 10145   / cdiv 10563  ℕcn 10897  ℝ⁺crp 11708  (,)cioo 12046  [,)cico 12048

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-rep 4699  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  ax-pre-sup 9893

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-rmo 2904  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-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  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-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  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-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-oadd 7451  df-er 7629  df-ixp 7795  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-n0 11170  df-z 11255  df-uz 11564  df-rp 11709  df-ioo 12050  df-ico 12052  df-fl 12455

This theorem is referenced by:  vonioolem2  39572