Theorem limsup10exlem 42046

Description: The range of the given function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
limsup10exlem.1	⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1))
limsup10exlem.2	⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ)

Assertion

Ref	Expression
limsup10exlem	⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) = {0, 1})

Distinct variable groups:   𝑛,𝐾   𝜑,𝑛

Allowed substitution hint:   𝐹(𝑛)

Proof of Theorem limsup10exlem

Step	Hyp	Ref	Expression
1		c0ex 10629	. . . . . . 7 ⊢ 0 ∈ V
2	1	prid1 4691	. . . . . 6 ⊢ 0 ∈ {0, 1}
3		1re 10635	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℝ
4	3	elexi 3513	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ V
5	4	prid2 4692	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ {0, 1}
6	2, 5	ifcli 4512	. . . . 5 ⊢ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}
7	6	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
8	7	ralrimiva 3182	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
9		nfv 1911	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
10	1, 4	ifex 4514	. . . . 5 ⊢ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ V
11	10	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ V)
12		limsup10exlem.1	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1))
13	9, 11, 12	imassmpt 41530	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1} ↔ ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}))
14	8, 13	mpbird 259	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1})
15		limsup10exlem.2	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ)
16	15	ceilcld 41719	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℤ)
17		1zzd 12007	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
18	16, 17	ifcld 4511	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
19	18	adantr 483	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
20		simpr 487	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
21		2teven 15698	. . . . . . 7 ⊢ ((if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
22	19, 20, 21	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
23	22	iftrued 4474	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 0)
24		2nn 11704	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℕ
25	24	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
26		eqid 2821	. . . . . . . 8 ⊢ (ℤ≥‘1) = (ℤ≥‘1)
27	3	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
28	15	adantr 483	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
29	16	zred 12081	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
30	29	adantr 483	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
31		simpr 487	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 𝐾)
32	15	ceilged 41713	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
33	32	adantr 483	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
34	27, 28, 30, 31, 33	letrd 10791	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ (⌈‘𝐾))
35		iftrue 4472	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
36	35	adantl 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
37	34, 36	breqtrrd 5086	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
38	3	leidi 11168	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ≤ 1
39	38	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 1)
40		iffalse 4475	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (¬ 1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
41	40	adantl 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
42	39, 41	breqtrrd 5086	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
43	37, 42	pm2.61dan 811	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
44	26, 17, 18, 43	eluzd 41675	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ (ℤ≥‘1))
45		nnuz 12275	. . . . . . 7 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
46	44, 45	eleqtrrdi 2924	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℕ)
47	25, 46	nnmulcld 11684	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℕ)
48	1	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ V)
49	12, 23, 47, 48	fvmptd2 6770	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) = 0)
50	10, 12	fnmpti 6485	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 Fn ℕ
51	50	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn ℕ)
52	15	rexrd 10685	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ*)
53		pnfxr 10689	. . . . . . 7 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
54	53	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
55	47	nnxrd 41292	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ*)
56	47	nnred 11647	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ)
57	46	nnred 11647	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ)
58	33, 36	breqtrrd 5086	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
59	15	adantr 483	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
60	3	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
61		simpr 487	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → ¬ 1 ≤ 𝐾)
62	59, 60, 61	nleltd 41721	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 < 1)
63	59, 60, 62	ltled 10782	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ 1)
64	41	eqcomd 2827	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 = if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
65	63, 64	breqtrd 5084	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
66	58, 65	pm2.61dan 811	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
67	46	nnrpd 12423	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+)
68		2timesgt 41547	. . . . . . . . 9 ⊢ (if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+ → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
69	67, 68	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
70	15, 57, 56, 66, 69	lelttrd 10792	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾 < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
71	15, 56, 70	ltled 10782	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
72	56	ltpnfd 12510	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < +∞)
73	52, 54, 55, 71, 72	elicod 12781	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ (𝐾[,)+∞))
74	51, 47, 73	fnfvimad 6990	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
75	49, 74	eqeltrrd 2914	. . 3 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
76	18	adantr 483	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
77		simpr 487	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
78		2tp1odd 15695	. . . . . . 7 ⊢ ((if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
79	76, 77, 78	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
80	79	iffalsed 4477	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 1)
81	47	peano2nnd 11649	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℕ)
82		1xr 10694	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℝ*
83	82	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ*)
84	12, 80, 81, 83	fvmptd2 6770	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) = 1)
85	81	nnxrd 41292	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ*)
86	81	nnred 11647	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ)
87	56	ltp1d 11564	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
88	15, 56, 86, 70, 87	lttrd 10795	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾 < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
89	15, 86, 88	ltled 10782	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
90	86	ltpnfd 12510	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) < +∞)
91	52, 54, 85, 89, 90	elicod 12781	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ (𝐾[,)+∞))
92	51, 81, 91	fnfvimad 6990	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
93	84, 92	eqeltrrd 2914	. . 3 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
94	75, 93	prssd 4748	. 2 ⊢ (𝜑 → {0, 1} ⊆ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
95	14, 94	eqssd 3983	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) = {0, 1})

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1533   ∈ wcel 2110  ∀wral 3138  Vcvv 3494   ∩ cin 3934   ⊆ wss 3935  ifcif 4466  {cpr 4562   class class class wbr 5058   ↦ cmpt 5138   “ cima 5552   Fn wfn 6344  ‘cfv 6349  (class class class)co 7150  ℝcr 10530  0cc0 10531  1c1 10532   + caddc 10534   · cmul 10536  +∞cpnf 10666  ℝ^*cxr 10668   < clt 10669   ≤ cle 10670  ℕcn 11632  2c2 11686  ℤcz 11975  ℤ_≥cuz 12237  ℝ⁺crp 12383  [,)cico 12734  ⌈cceil 13155   ∥ cdvds 15601

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2173  ax-ext 2793  ax-sep 5195  ax-nul 5202  ax-pow 5258  ax-pr 5321  ax-un 7455  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3772  df-csb 3883  df-dif 3938  df-un 3940  df-in 3942  df-ss 3951  df-pss 3953  df-nul 4291  df-if 4467  df-pw 4540  df-sn 4561  df-pr 4563  df-tp 4565  df-op 4567  df-uni 4832  df-iun 4913  df-br 5059  df-opab 5121  df-mpt 5139  df-tr 5165  df-id 5454  df-eprel 5459  df-po 5468  df-so 5469  df-fr 5508  df-we 5510  df-xp 5555  df-rel 5556  df-cnv 5557  df-co 5558  df-dm 5559  df-rn 5560  df-res 5561  df-ima 5562  df-pred 6142  df-ord 6188  df-on 6189  df-lim 6190  df-suc 6191  df-iota 6308  df-fun 6351  df-fn 6352  df-f 6353  df-f1 6354  df-fo 6355  df-f1o 6356  df-fv 6357  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-sup 8900  df-inf 8901  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-n0 11892  df-z 11976  df-uz 12238  df-rp 12384  df-ico 12738  df-fl 13156  df-ceil 13157  df-dvds 15602

This theorem is referenced by:  limsup10ex  42047  liminf10ex  42048