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Theorem itg2add 19643
Description: The  S.2 integral is linear. (Measurability is an essential component of this theorem; otherwise consider the characteristic function of a nonmeasurable set and its complement.) (Contributed by Mario Carneiro, 17-Aug-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
itg2add.f1  |-  ( ph  ->  F  e. MblFn )
itg2add.f2  |-  ( ph  ->  F : RR --> ( 0 [,)  +oo ) )
itg2add.f3  |-  ( ph  ->  ( S.2 `  F
)  e.  RR )
itg2add.g1  |-  ( ph  ->  G  e. MblFn )
itg2add.g2  |-  ( ph  ->  G : RR --> ( 0 [,)  +oo ) )
itg2add.g3  |-  ( ph  ->  ( S.2 `  G
)  e.  RR )
Assertion
Ref Expression
itg2add  |-  ( ph  ->  ( S.2 `  ( F  o F  +  G
) )  =  ( ( S.2 `  F
)  +  ( S.2 `  G ) ) )

Proof of Theorem itg2add
Dummy variables  f 
g  n  x are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 itg2add.f1 . . 3  |-  ( ph  ->  F  e. MblFn )
2 itg2add.f2 . . 3  |-  ( ph  ->  F : RR --> ( 0 [,)  +oo ) )
31, 2mbfi1fseq 19605 . 2  |-  ( ph  ->  E. f ( f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) ) )
4 itg2add.g1 . . 3  |-  ( ph  ->  G  e. MblFn )
5 itg2add.g2 . . 3  |-  ( ph  ->  G : RR --> ( 0 [,)  +oo ) )
64, 5mbfi1fseq 19605 . 2  |-  ( ph  ->  E. g ( g : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) )
7 eeanv 1937 . . 3  |-  ( E. f E. g ( ( f : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  (
f `  n )  /\  ( f `  n
)  o R  <_ 
( f `  (
n  +  1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  (
n  e.  NN  |->  ( ( f `  n
) `  x )
)  ~~>  ( F `  x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  (
g `  n )  /\  ( g `  n
)  o R  <_ 
( g `  (
n  +  1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  (
n  e.  NN  |->  ( ( g `  n
) `  x )
)  ~~>  ( G `  x ) ) )  <-> 
( E. f ( f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  E. g ( g : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )
81adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  F  e. MblFn )
92adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  F : RR --> ( 0 [,) 
+oo ) )
10 itg2add.f3 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( S.2 `  F
)  e.  RR )
1110adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  ( S.2 `  F )  e.  RR )
124adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  G  e. MblFn )
135adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  G : RR --> ( 0 [,) 
+oo ) )
14 itg2add.g3 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( S.2 `  G
)  e.  RR )
1514adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  ( S.2 `  G )  e.  RR )
16 simprl1 1002 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  f : NN --> dom  S.1 )
17 simprl2 1003 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  (
f `  n )  /\  ( f `  n
)  o R  <_ 
( f `  (
n  +  1 ) ) ) )
18 simprl3 1004 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )
19 simprr1 1005 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  g : NN --> dom  S.1 )
20 simprr2 1006 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  (
g `  n )  /\  ( g `  n
)  o R  <_ 
( g `  (
n  +  1 ) ) ) )
21 simprr3 1007 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) )
228, 9, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21itg2addlem 19642 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( (
f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) ) )  ->  ( S.2 `  ( F  o F  +  G )
)  =  ( ( S.2 `  F )  +  ( S.2 `  G
) ) )
2322ex 424 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( ( f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) )  ->  ( S.2 `  ( F  o F  +  G ) )  =  ( ( S.2 `  F )  +  ( S.2 `  G ) ) ) )
2423exlimdvv 1647 . . 3  |-  ( ph  ->  ( E. f E. g ( ( f : NN --> dom  S.1  /\ 
A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  ( f `  n )  /\  (
f `  n )  o R  <_  ( f `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( f `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( F `
 x ) )  /\  ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) )  ->  ( S.2 `  ( F  o F  +  G ) )  =  ( ( S.2 `  F )  +  ( S.2 `  G ) ) ) )
257, 24syl5bir 210 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( E. f
( f : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  ( 0 p  o R  <_  (
f `  n )  /\  ( f `  n
)  o R  <_ 
( f `  (
n  +  1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  (
n  e.  NN  |->  ( ( f `  n
) `  x )
)  ~~>  ( F `  x ) )  /\  E. g ( g : NN --> dom  S.1  /\  A. n  e.  NN  (
0 p  o R  <_  ( g `  n )  /\  (
g `  n )  o R  <_  ( g `
 ( n  + 
1 ) ) )  /\  A. x  e.  RR  ( n  e.  NN  |->  ( ( g `
 n ) `  x ) )  ~~>  ( G `
 x ) ) )  ->  ( S.2 `  ( F  o F  +  G ) )  =  ( ( S.2 `  F )  +  ( S.2 `  G ) ) ) )
263, 6, 25mp2and 661 1  |-  ( ph  ->  ( S.2 `  ( F  o F  +  G
) )  =  ( ( S.2 `  F
)  +  ( S.2 `  G ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    /\ w3a 936   E.wex 1550    = wceq 1652    e. wcel 1725   A.wral 2697   class class class wbr 4204    e. cmpt 4258   dom cdm 4870   -->wf 5442   ` cfv 5446  (class class class)co 6073    o Fcof 6295    o Rcofr 6296   RRcr 8981   0cc0 8982   1c1 8983    + caddc 8985    +oocpnf 9109    <_ cle 9113   NNcn 9992   [,)cico 10910    ~~> cli 12270  MblFncmbf 19498   S.1citg1 19499   S.2citg2 19500   0 pc0p 19553
This theorem is referenced by:  ibladdlem  19703  itgaddlem1  19706  iblabslem  19711  iblabs  19712
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2416  ax-rep 4312  ax-sep 4322  ax-nul 4330  ax-pow 4369  ax-pr 4395  ax-un 4693  ax-inf2 7588  ax-cc 8307  ax-cnex 9038  ax-resscn 9039  ax-1cn 9040  ax-icn 9041  ax-addcl 9042  ax-addrcl 9043  ax-mulcl 9044  ax-mulrcl 9045  ax-mulcom 9046  ax-addass 9047  ax-mulass 9048  ax-distr 9049  ax-i2m1 9050  ax-1ne0 9051  ax-1rid 9052  ax-rnegex 9053  ax-rrecex 9054  ax-cnre 9055  ax-pre-lttri 9056  ax-pre-lttrn 9057  ax-pre-ltadd 9058  ax-pre-mulgt0 9059  ax-pre-sup 9060  ax-addf 9061
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2284  df-mo 2285  df-clab 2422  df-cleq 2428  df-clel 2431  df-nfc 2560  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2702  df-rex 2703  df-reu 2704  df-rmo 2705  df-rab 2706  df-v 2950  df-sbc 3154  df-csb 3244  df-dif 3315  df-un 3317  df-in 3319  df-ss 3326  df-pss 3328  df-nul 3621  df-if 3732  df-pw 3793  df-sn 3812  df-pr 3813  df-tp 3814  df-op 3815  df-uni 4008  df-int 4043  df-iun 4087  df-disj 4175  df-br 4205  df-opab 4259  df-mpt 4260  df-tr 4295  df-eprel 4486  df-id 4490  df-po 4495  df-so 4496  df-fr 4533  df-se 4534  df-we 4535  df-ord 4576  df-on 4577  df-lim 4578  df-suc 4579  df-om 4838  df-xp 4876  df-rel 4877  df-cnv 4878  df-co 4879  df-dm 4880  df-rn 4881  df-res 4882  df-ima 4883  df-iota 5410  df-fun 5448  df-fn 5449  df-f 5450  df-f1 5451  df-fo 5452  df-f1o 5453  df-fv 5454  df-isom 5455  df-ov 6076  df-oprab 6077  df-mpt2 6078  df-of 6297  df-ofr 6298  df-1st 6341  df-2nd 6342  df-riota 6541  df-recs 6625  df-rdg 6660  df-1o 6716  df-2o 6717  df-oadd 6720  df-omul 6721  df-er 6897  df-map 7012  df-pm 7013  df-en 7102  df-dom 7103  df-sdom 7104  df-fin 7105  df-fi 7408  df-sup 7438  df-oi 7471  df-card 7818  df-acn 7821  df-cda 8040  df-pnf 9114  df-mnf 9115  df-xr 9116  df-ltxr 9117  df-le 9118  df-sub 9285  df-neg 9286  df-div 9670  df-nn 9993  df-2 10050  df-3 10051  df-n0 10214  df-z 10275  df-uz 10481  df-q 10567  df-rp 10605  df-xneg 10702  df-xadd 10703  df-xmul 10704  df-ioo 10912  df-ioc 10913  df-ico 10914  df-icc 10915  df-fz 11036  df-fzo 11128  df-fl 11194  df-seq 11316  df-exp 11375  df-hash 11611  df-cj 11896  df-re 11897  df-im 11898  df-sqr 12032  df-abs 12033  df-clim 12274  df-rlim 12275  df-sum 12472  df-rest 13642  df-topgen 13659  df-psmet 16686  df-xmet 16687  df-met 16688  df-bl 16689  df-mopn 16690  df-top 16955  df-bases 16957  df-topon 16958  df-cmp 17442  df-ovol 19353  df-vol 19354  df-mbf 19504  df-itg1 19505  df-itg2 19506  df-0p 19554
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