Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  liminfltlem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem liminfltlem 40354
Description: Given a sequence of real numbers, there exists an upper part of the sequence that's approximated from above by the inferior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
liminfltlem.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
liminfltlem.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
liminfltlem.f (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
liminfltlem.r (𝜑 → (lim inf‘𝐹) ∈ ℝ)
liminfltlem.x (𝜑𝑋 ∈ ℝ+)
Assertion
Ref Expression
liminfltlem (𝜑 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋))
Distinct variable groups:   𝑗,𝐹,𝑘   𝑘,𝑀   𝑗,𝑋,𝑘   𝑗,𝑍,𝑘   𝜑,𝑗,𝑘
Allowed substitution hint:   𝑀(𝑗)

Proof of Theorem liminfltlem
StepHypRef Expression
1 nfmpt1 4780 . . 3 𝑘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))
2 liminfltlem.m . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
3 liminfltlem.z . . 3 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 liminfltlem.f . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
54ffvelrnda 6399 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
65renegcld 10495 . . . 4 ((𝜑𝑘𝑍) → -(𝐹𝑘) ∈ ℝ)
76fmptd2 39774 . . 3 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘)):𝑍⟶ℝ)
83fvexi 6240 . . . . . . 7 𝑍 ∈ V
98mptex 6527 . . . . . 6 (𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘)) ∈ V
109limsupcli 40307 . . . . 5 (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ∈ ℝ*
1110a1i 11 . . . 4 (𝜑 → (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ∈ ℝ*)
12 nfv 1883 . . . . . 6 𝑘𝜑
13 nfcv 2793 . . . . . 6 𝑘𝐹
1412, 13, 2, 3, 4liminfvaluz4 40349 . . . . 5 (𝜑 → (lim inf‘𝐹) = -𝑒(lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))))
15 liminfltlem.r . . . . 5 (𝜑 → (lim inf‘𝐹) ∈ ℝ)
1614, 15eqeltrrd 2731 . . . 4 (𝜑 → -𝑒(lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ∈ ℝ)
1711, 16xnegrecl2d 40010 . . 3 (𝜑 → (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ∈ ℝ)
18 liminfltlem.x . . 3 (𝜑𝑋 ∈ ℝ+)
191, 2, 3, 7, 17, 18limsupgt 40328 . 2 (𝜑 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) < (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))))
20 simpll 805 . . . . 5 (((𝜑𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → 𝜑)
213uztrn2 11743 . . . . . 6 ((𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → 𝑘𝑍)
2221adantll 750 . . . . 5 (((𝜑𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → 𝑘𝑍)
23 negex 10317 . . . . . . . . . . 11 -(𝐹𝑘) ∈ V
24 fvmpt4 39760 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘𝑍 ∧ -(𝐹𝑘) ∈ V) → ((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) = -(𝐹𝑘))
2523, 24mpan2 707 . . . . . . . . . 10 (𝑘𝑍 → ((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) = -(𝐹𝑘))
2625adantl 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝑍) → ((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) = -(𝐹𝑘))
2726oveq1d 6705 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝑍) → (((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) = (-(𝐹𝑘) − 𝑋))
285recnd 10106 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
2918rpred 11910 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑋 ∈ ℝ)
3029adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝑋 ∈ ℝ)
3130recnd 10106 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝑋 ∈ ℂ)
3228, 31negdi2d 10444 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝑍) → -((𝐹𝑘) + 𝑋) = (-(𝐹𝑘) − 𝑋))
3327, 32eqtr4d 2688 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → (((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) = -((𝐹𝑘) + 𝑋))
3417recnd 10106 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ∈ ℂ)
3517rexnegd 39648 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → -𝑒(lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) = -(lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))))
3614, 35eqtr2d 2686 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → -(lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) = (lim inf‘𝐹))
3734, 36negcon1ad 10425 . . . . . . . . 9 (𝜑 → -(lim inf‘𝐹) = (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))))
3837eqcomd 2657 . . . . . . . 8 (𝜑 → (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) = -(lim inf‘𝐹))
3938adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) = -(lim inf‘𝐹))
4033, 39breq12d 4698 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑍) → ((((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) < (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ↔ -((𝐹𝑘) + 𝑋) < -(lim inf‘𝐹)))
4115adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → (lim inf‘𝐹) ∈ ℝ)
425, 30readdcld 10107 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → ((𝐹𝑘) + 𝑋) ∈ ℝ)
4341, 42ltnegd 10643 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑍) → ((lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋) ↔ -((𝐹𝑘) + 𝑋) < -(lim inf‘𝐹)))
4440, 43bitr4d 271 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑍) → ((((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) < (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ↔ (lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋)))
4520, 22, 44syl2anc 694 . . . 4 (((𝜑𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → ((((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) < (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ↔ (lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋)))
4645ralbidva 3014 . . 3 ((𝜑𝑗𝑍) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) < (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋)))
4746rexbidva 3078 . 2 (𝜑 → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))‘𝑘) − 𝑋) < (lim sup‘(𝑘𝑍 ↦ -(𝐹𝑘))) ↔ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋)))
4819, 47mpbid 222 1 (𝜑 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹𝑘) + 𝑋))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wral 2941  wrex 2942  Vcvv 3231   class class class wbr 4685  cmpt 4762  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  cr 9973   + caddc 9977  *cxr 10111   < clt 10112  cmin 10304  -cneg 10305  cz 11415  cuz 11725  +crp 11870  -𝑒cxne 11981  lim supclsp 14245  lim infclsi 40301
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-oadd 7609  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xneg 11984  df-xadd 11985  df-ico 12219  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-ceil 12634  df-limsup 14246  df-liminf 40302
This theorem is referenced by:  liminflt  40355
  Copyright terms: Public domain W3C validator