Theorem limsupge 40311

Description: The defining property of the superior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
limsupge.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ ℝ)
limsupge.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐵⟶ℝ*)
limsupge.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)

Assertion

Ref	Expression
limsupge	⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐹

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑘)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem limsupge

Dummy variables 𝑖 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		limsupge.b	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ ℝ)
2		limsupge.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐵⟶ℝ*)
3		limsupge.a	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
4		eqid 2651	. . . . 5 ⊢ (𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
5	4	limsuple 14253	. . . 4 ⊢ ((𝐵 ⊆ ℝ ∧ 𝐹:𝐵⟶ℝ* ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖)))
6	1, 2, 3, 5	syl3anc 1366	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖)))
7		oveq1 6697	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → (𝑗[,)+∞) = (𝑖[,)+∞))
8	7	imaeq2d 5501	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → (𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)))
9	8	ineq1d 3846	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
10	9	supeq1d 8393	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
11		simpr 476	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → 𝑖 ∈ ℝ)
12		xrltso 12012	. . . . . . . 8 ⊢ < Or ℝ*
13	12	supex 8410	. . . . . . 7 ⊢ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V
14	13	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V)
15	4, 10, 11, 14	fvmptd3 39761	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
16	15	breq2d 4697	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → (𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) ↔ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
17	16	ralbidva 3014	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
18	6, 17	bitrd 268	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
19		oveq1 6697	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝑖[,)+∞) = (𝑘[,)+∞))
20	19	imaeq2d 5501	. . . . . . 7 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
21	20	ineq1d 3846	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
22	21	supeq1d 8393	. . . . 5 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
23	22	breq2d 4697	. . . 4 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
24	23	cbvralv 3201	. . 3 ⊢ (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
25	24	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
26	18, 25	bitrd 268	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 383   = wceq 1523   ∈ wcel 2030  ∀wral 2941  Vcvv 3231   ∩ cin 3606   ⊆ wss 3607   class class class wbr 4685   ↦ cmpt 4762   “ cima 5146  ⟶wf 5922  ‘cfv 5926  (class class class)co 6690  supcsup 8387  ℝcr 9973  +∞cpnf 10109  ℝ^*cxr 10111   < clt 10112   ≤ cle 10113  [,)cico 12215  lim supclsp 14245

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-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-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-op 4217  df-uni 4469  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-id 5053  df-po 5064  df-so 5065  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-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  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-limsup 14246

This theorem is referenced by: (None)