helm/software/matita/contribs/dama/dama/property_exhaustivity.ma

   1 (**************************************************************************)
   2 (*       ___                                                              *)
   3 (*      ||M||                                                             *)
   4 (*      ||A||       A project by Andrea Asperti                           *)
   5 (*      ||T||                                                             *)
   6 (*      ||I||       Developers:                                           *)
   7 (*      ||T||         The HELM team.                                      *)
   8 (*      ||A||         http://helm.cs.unibo.it                             *)
   9 (*      \   /                                                             *)
  10 (*       \ /        This file is distributed under the terms of the       *)
  11 (*        v         GNU General Public License Version 2                  *)
  12 (*                                                                        *)
  13 (**************************************************************************)
  14
  15 include "ordered_uniform.ma".
  16 include "property_sigma.ma".
  17
  18 lemma h_segment_upperbound:
  19   ∀C:half_ordered_set.
  20    ∀s:segment C.
  21     ∀a:sequence (half_segment_ordered_set C s).
  22      (seg_u C s) (upper_bound ? ⌊n,\fst (a n)⌋).
  23 intros; cases (wloss_prop C); unfold; rewrite < H; simplify; intro n;
  24 cases (a n); simplify; unfold in H1; rewrite < H in H1; cases H1;
  25 simplify in H2 H3; rewrite < H in H2 H3; assumption;
  26 qed.
  27
  28 notation "'segment_upperbound'" non associative with precedence 90 for @{'segment_upperbound}.
  29 notation "'segment_lowerbound'" non associative with precedence 90 for @{'segment_lowerbound}.
  30
  31 interpretation "segment_upperbound" 'segment_upperbound = (h_segment_upperbound (os_l _)).
  32 interpretation "segment_lowerbound" 'segment_lowerbound = (h_segment_upperbound (os_r _)).
  33
  34 lemma h_segment_preserves_uparrow:
  35   ∀C:half_ordered_set.∀s:segment C.∀a:sequence (half_segment_ordered_set C s).
  36    ∀x,h. uparrow C ⌊n,\fst (a n)⌋ x → uparrow (half_segment_ordered_set C s) a ≪x,h≫.
  37 intros; cases H (Ha Hx); split;
  38 [ intro n; intro H; apply (Ha n); apply (sx2x ???? H);
  39 | cases Hx; split;
  40   [ intro n; intro H; apply (H1 n);apply (sx2x ???? H);
  41   | intros; cases (H2 (\fst y)); [2: apply (sx2x ???? H3);]
  42     exists [apply w] apply (x2sx ?? (a w) y H4);]]
  43 qed.
  44
  45 notation "'segment_preserves_uparrow'" non associative with precedence 90 for @{'segment_preserves_uparrow}.
  46 notation "'segment_preserves_downarrow'" non associative with precedence 90 for @{'segment_preserves_downarrow}.
  47
  48 interpretation "segment_preserves_uparrow" 'segment_preserves_uparrow = (h_segment_preserves_uparrow (os_l _)).
  49 interpretation "segment_preserves_downarrow" 'segment_preserves_downarrow = (h_segment_preserves_uparrow (os_r _)).
  50
  51 (* Fact 2.18 *)
  52 lemma segment_cauchy:
  53   ∀C:ordered_uniform_space.∀s:‡C.∀a:sequence {[s]}.
  54     a is_cauchy → ⌊n,\fst (a n)⌋ is_cauchy.
  55 intros 6;
  56 alias symbol "pi1" (instance 3) = "pair pi1".
  57 alias symbol "pi2" = "pair pi2".
  58 apply (H (λx:{[s]} squareB.U 〈\fst (\fst x),\fst (\snd x)〉));
  59 (unfold segment_ordered_uniform_space; simplify);
  60 exists [apply U] split; [assumption;]
  61 intro; cases b; intros; simplify; split; intros; assumption;
  62 qed.
  63
  64 (* Definition 3.7 *)
  65 definition exhaustive ≝
  66   λC:ordered_uniform_space.
  67    ∀a,b:sequence C.
  68      (a is_increasing → a is_upper_located → a is_cauchy) ∧
  69      (b is_decreasing → b is_lower_located → b is_cauchy).
  70
  71 lemma prove_in_segment:
  72  ∀O:ordered_set.∀s:segment (os_l O).∀x:O.
  73    𝕝_s (λl.l ≤ x) → 𝕦_s (λu.x ≤ u) → x ∈ s.
  74 intros; unfold; cases (wloss_prop (os_l O)); rewrite < H2;
  75 split; assumption;
  76 qed.
  77
  78 lemma under_wloss_upperbound:
  79  ∀C:half_ordered_set.∀s:segment C.∀a:sequence C.
  80   seg_u C s (upper_bound C a) →
  81     ∀i.seg_u C s (λu.a i ≤≤ u).
  82 intros; unfold in H; unfold;
  83 cases (wloss_prop C); rewrite <H1 in H ⊢ %;
  84 apply (H i);
  85 qed.
  86
  87
  88 (* Lemma 3.8 NON DUALIZZATO *)
  89 lemma restrict_uniform_convergence_uparrow:
  90   ∀C:ordered_uniform_space.property_sigma C →
  91     ∀s:segment (os_l C).exhaustive (segment_ordered_uniform_space C s) →
  92      ∀a:sequence (segment_ordered_uniform_space C s).
  93       ∀x:C. ⌊n,\fst (a n)⌋ ↑ x →
  94        in_segment (os_l C) s x ∧ ∀h:x ∈ s.a uniform_converges ≪x,h≫.
  95 intros; split;
  96 [1: unfold in H2; cases H2; clear H2;unfold in H3 H4; cases H4; clear H4; unfold in H2;
  97     cases (wloss_prop (os_l C)) (W W); apply prove_in_segment; unfold; rewrite <W;
  98     simplify;
  99     [ apply (le_transitive ?? x ? (H2 O));
 100       lapply (under_wloss_upperbound (os_r C) ?? (h_segment_upperbound (os_r C) s a) O) as K;
 101       unfold in K; whd in K:(?%????); simplify in K; rewrite <W in K; apply K;
 102     | intro; cases (H5 ? H4); clear H5 H4;
 103       lapply (under_wloss_upperbound (os_l C) ?? (segment_upperbound s a) w) as K;
 104       unfold in K; whd in K:(?%????); simplify in K; rewrite <W in K;
 105       apply K; apply H6;
 106     | intro; unfold in H4; rewrite <W in H4;
 107       lapply depth=0 (H5 (seg_u_ (os_l C) s)) as k; unfold in k:(%???→?);
 108       simplify in k; rewrite <W in k; lapply (k
 109      simplify;intro; cases (H5 ? H4); clear H5 H4;
 110       lapply (under_wloss_upperbound (os_l C) ?? (segment_upperbound s a) w) as K;
 111       unfold in K; whd in K:(?%????); simplify in K; rewrite <W in K;
 112       apply K; apply H6;
 113
 114
 115
 116     cases H2 (Ha Hx); clear H2; cases Hx; split;
 117     lapply depth=0 (under_wloss_upperbound (os_l C) ?? (segment_upperbound s a) O) as W1;
 118     lapply depth=0 (under_wloss_upperbound (os_r C) ?? (h_segment_upperbound (os_r C) s a) O) as W2;
 119     lapply (H2 O); simplify in Hletin; simplify in W2 W1;
 120     cases a in Hletin W2 W1; simplify; cases (f O); simplify; intros;
 121     whd in H6:(? % ? ? ? ?);
 122     simplify in H6:(%);
 123     cases (wloss_prop (os_l C)); rewrite <H8 in H5 H6 ⊢ %;
 124     [ change in H6 with (le (os_l C) (seg_l_ (os_l C) s) w);
 125       apply (le_transitive ??? H6 H7);
 126     | apply (le_transitive (seg_u_ (os_l C) s) w x H6 H7);
 127     |
 128       lapply depth=0 (supremum_is_upper_bound ? x Hx (seg_u_ (os_l C) s)) as K;
 129       lapply depth=0 (under_wloss_upperbound (os_l C) ?? (segment_upperbound s a));
 130       apply K; intro; lapply (Hletin n); unfold; unfold in Hletin1;
 131       rewrite < H8 in Hletin1; intro; apply Hletin1; clear Hletin1; apply H9;
 132     | lapply depth=0 (h_supremum_is_upper_bound (os_r C) ⌊n,\fst (a n)⌋ x Hx (seg_l_ (os_r C) s)) as K;
 133       lapply depth=0 (under_wloss_upperbound (os_r C) ?? (h_segment_upperbound (os_r C) s a));
 134       apply K; intro; lapply (Hletin n); unfold; unfold in Hletin1;
 135 whd in Hletin1:(? % ? ? ? ?);
 136 simplify in Hletin1:(%);
 137       rewrite < H8 in Hletin1; intro; apply Hletin1; clear Hletin1; apply H9;
 138
 139
 140         apply (segment_upperbound ? l);
 141     generalize in match (H2 O); generalize in match Hx; unfold supremum;
 142     unfold upper_bound; whd in ⊢ (?→%→?); rewrite < H4;
 143     split; unfold; rewrite < H4; simplify;
 144       [1: lapply (infimum_is_lower_bound ? ? Hx u);
 145
 146
 147
 148 split;
 149     [1: apply (supremum_is_upper_bound ? x Hx u);
 150         apply (segment_upperbound ? l);
 151     |2: apply (le_transitive l ? x ? (H2 O));
 152         apply (segment_lowerbound ? l u a 0);]
 153 |2: intros;
 154     lapply (uparrow_upperlocated a ≪x,h≫) as Ha1;
 155       [2: apply (segment_preserves_uparrow C l u);split; assumption;]
 156     lapply (segment_preserves_supremum C l u a ≪?,h≫) as Ha2;
 157       [2:split; assumption]; cases Ha2; clear Ha2;
 158     cases (H1 a a); lapply (H6 H4 Ha1) as HaC;
 159     lapply (segment_cauchy ? l u ? HaC) as Ha;
 160     lapply (sigma_cauchy ? H  ? x ? Ha); [left; split; assumption]
 161     apply restric_uniform_convergence; assumption;]
 162 qed.
 163
 164 lemma hint_mah1:
 165   ∀C. Type_OF_ordered_uniform_space1 C → hos_carr (os_r C).
 166   intros; assumption; qed.
 167
 168 coercion hint_mah1 nocomposites.
 169
 170 lemma hint_mah2:
 171   ∀C. sequence (hos_carr (os_l C)) → sequence (hos_carr (os_r C)).
 172   intros; assumption; qed.
 173
 174 coercion hint_mah2 nocomposites.
 175
 176 lemma hint_mah3:
 177   ∀C. Type_OF_ordered_uniform_space C → hos_carr (os_r C).
 178   intros; assumption; qed.
 179
 180 coercion hint_mah3 nocomposites.
 181
 182 lemma hint_mah4:
 183   ∀C. sequence (hos_carr (os_r C)) → sequence (hos_carr (os_l C)).
 184   intros; assumption; qed.
 185
 186 coercion hint_mah4 nocomposites.
 187
 188 lemma restrict_uniform_convergence_downarrow:
 189   ∀C:ordered_uniform_space.property_sigma C →
 190     ∀l,u:C.exhaustive {[l,u]} →
 191      ∀a:sequence {[l,u]}.∀x: C. ⌊n,\fst (a n)⌋ ↓ x →
 192       x∈[l,u] ∧ ∀h:x ∈ [l,u].a uniform_converges ≪x,h≫.
 193 intros; cases H2 (Ha Hx); clear H2; cases Hx; split;
 194 [1: split;
 195     [2: apply (infimum_is_lower_bound ? x Hx l);
 196         apply (segment_lowerbound ? l u);
 197     |1: lapply (ge_transitive ? ? x ? (H2 O)); [apply u||assumption]
 198         apply (segment_upperbound ? l u a 0);]
 199 |2: intros;
 200     lapply (downarrow_lowerlocated a ≪x,h≫) as Ha1;
 201       [2: apply (segment_preserves_downarrow ? l u);split; assumption;]
 202           lapply (segment_preserves_infimum C l u a ≪x,h≫) as Ha2;
 203       [2:split; assumption]; cases Ha2; clear Ha2;
 204     cases (H1 a a); lapply (H7 H4 Ha1) as HaC;
 205     lapply (segment_cauchy ? l u ? HaC) as Ha;
 206     lapply (sigma_cauchy ? H  ? x ? Ha); [right; split; assumption]
 207     apply restric_uniform_convergence; assumption;]
 208 qed.