Quellcodebibliothek Statistik Leitseite products/Sources/formale Sprachen/Isabelle/ZF/AC/document/   (Beweissystem Isabelle Version 2025-1©)  Datei vom 16.11.2025 mit Größe 465 B image not shown  

Quellcode-Bibliothek integral_prep.pvs   Sprache: PVS

 
integral_prep[T: TYPE FROM real]: THEORY
%------------------------------------------------------------------------------
%
%  Basic Properties of Integral (Introduction to Analysis (Maxwell Rosenlicht))
%
%  Author: Rick Butler   NASA Langley Research Center
%------------------------------------------------------------------------------

BEGIN

   ASSUMING
      IMPORTING deriv_domain_def[T]

      connected_domain : ASSUMPTION connected?[T]


      not_one_element : ASSUMPTION not_one_element?[T]

   ENDASSUMING


   IMPORTING integral_def[T], reals@real_fun_ops



   a,b,c,x,y,z: VAR T
   D,m,M,v1,v2,cc,RS1,RS2: VAR real

   f,g,G: VAR [T -> real]

   integral_const_fun: LEMMA a < b IMPLIES integrable?(a,b,const_fun(D))
                               AND integral(a, b, const_fun[T](D)) = D*(b-a)



   integral_const_restrict: LEMMA a < b AND 
               (FORALL (x: closed_interval(a,b)): f(x) = D) IMPLIES
                                  integral?(a,b,f,D*(b-a))
   

   IMPORTING continuous_functions[T], convergence_sequences



%  ------------ Linearity Properties of Integral

   integral_scal: LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) IMPLIES
                            integrable?(a,b,D*f) AND
                               integral(a,b,D*f) = D*integral(a,b,f)


   integral_sum: LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) AND integrable?(a,b,g) 
                      IMPLIES
                         integrable?(a,b,(LAMBDA x: f(x) + g(x)))  AND
                             integral(a,b,(LAMBDA x: f(x) + g(x))) =
                                  integral(a,b,f) + integral(a,b,g)


   integral?_sum: LEMMA a < b AND integral?(a,b,f,v1) AND 
                                    integral?(a,b,g,v2) 
                      IMPLIES
                         integral?(a,b,(LAMBDA x: f(x) + g(x)),v1+v2)

   integral_diff: LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) AND integrable?(a,b,g) 
                      IMPLIES
                         integrable?(a,b,(LAMBDA x: f(x) - g(x)))  AND
                             integral(a,b,(LAMBDA x: f(x) - g(x))) =
                                  integral(a,b,f) - integral(a,b,g)


   integral_ge_0: LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) AND 
                    (FORALL (x: closed_interval(a,b)): f(x) >= 0) IMPLIES
                           integral(a,b,f) >= 0


   integral_jmp: LEMMA a < b AND a <= z AND z <= b AND f(z) = cc AND % Example2
                   (FORALL x: x /= z IMPLIES f(x) = 0) IMPLIES
                       integrable?(a,b,f) AND integral(a,b,f) = 0


   yv: VAR real
   integral_chg_one_pt: LEMMA a < b IMPLIES       
                              FORALL y: a <= y AND y <= b AND
                              integrable?(a,b,f) 
                    IMPLIES integrable?(a,b,f WITH [(y) := yv]) AND
                       integral(a,b,f) = integral(a,b,f WITH [(y) := yv])

   integral_restr_eq: LEMMA a < b AND          
                                (FORALL x: a < x AND x < b IMPLIES
                                          f(x) = g(x)) AND
                               integrable?(a,b,f)
                          IMPLIES integrable?(a,b,g) AND
                                   integral(a,b,g) = integral(a,b,f)


   integral_bound: LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) AND 
                           (FORALL (x: closed_interval(a,b)): 
                                    m <= f(x) AND f(x) <= M )
           IMPLIES m*(b-a) <= integral(a,b,f) AND integral(a,b,f) <= M*(b-a)


   integral_bound_abs: LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) AND 
                           (FORALL (x: closed_interval(a,b)): 
                                    abs(f(x)) <= M )
                                IMPLIES abs(integral(a,b,f)) <= M*(b-a)


   integral_le : LEMMA a < b AND integrable?(a,b,f) AND integrable?(a,b,g) 
                       AND (FORALL (x: closed_interval(a,b)): f(x) <= g(x)) 
                    IMPLIES 
                       integral(a,b,f) <= integral(a,b,g) 


%  One direction of Rosenlicht Lemma 1 on page 118 

   eps, delta: VAR posreal

   Lemma_1: LEMMA a < b IMPLIES                 
               (integrable?(a,b,f) IMPLIES
                  (FORALL eps: EXISTS delta:
                      (FORALL (P1,P2: partition[T](a,b),
                               xis1:(xis?(a,b,P1)),
                               xis2:(xis?(a,b,P2))):
                        LET S1 = Rie_sum(a,b,P1,xis1,f), 
                            S2 = Rie_sum(a,b,P2,xis2,f) IN
                        (width(a,b,P1) < delta AND
                         width(a,b,P2) < delta)
                           IMPLIES
                              abs(S1 - S2) < eps )))

   integrable_lem: THEOREM  a < b IMPLIES      %% Lemma 1 page 118         
                     (integrable?(a,b,f) IFF
                        (FORALL (epsi: posreal): (EXISTS (delta: posreal):
                             (FORALL (P1,P2: partition(a,b)):
                               width(a,b,P1) < delta AND
                               width(a,b,P2) < delta IMPLIES
                               (FORALL (RS1: (Riemann_sum?(a,b,P1,f)),
                                        RS2: (Riemann_sum?(a,b,P2,f))):
                                   abs(RS1 - RS2) < epsi )))))

   gxis(a:T, b:{x:T|a<x}, P: partition[T](a,b), j: below(length(P)-1), 
                flag: bool,xx: closed_interval(P(j),P(j+1))):
          (xis?(a,b,P)) = (LAMBDA (ii: below(length(P)-1)): P(ii))
                               WITH [(j) := IF flag then P(j)
                                            ELSE xx
                                            ENDIF ]


END integral_prep





69%


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Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.