Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  limsupre3lem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem limsupre3lem 40282
Description: Given a function on the extended reals, its supremum limit is real if and only if two condition holds: 1. there is a real number that is smaller or equal than the function, at some point, in any upper part of the reals; 2. there is a real number that is eventually larger or equal than the function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupre3lem.1 𝑗𝐹
limsupre3lem.2 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
limsupre3lem.3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
limsupre3lem (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑗,𝑘,𝑥   𝑘,𝐹,𝑥   𝜑,𝑗,𝑘,𝑥
Allowed substitution hint:   𝐹(𝑗)

Proof of Theorem limsupre3lem
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupre3lem.1 . . 3 𝑗𝐹
2 limsupre3lem.2 . . 3 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
3 limsupre3lem.3 . . 3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
41, 2, 3limsupre2 40275 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ↔ (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦))))
5 simp2 1082 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → 𝑦 ∈ ℝ)
6 nfv 1883 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝜑𝑦 ∈ ℝ)
7 simp3l 1109 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → 𝑘𝑗)
8 simp1r 1106 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 ∈ ℝ)
98rexrd 10127 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
103ffvelrnda 6399 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑗𝐴) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
1110adantlr 751 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
12113adant3 1101 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
13 simp3 1083 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 < (𝐹𝑗))
149, 12, 13xrltled 39800 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 ≤ (𝐹𝑗))
15143adant3l 1362 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → 𝑦 ≤ (𝐹𝑗))
167, 15jca 553 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
17163exp 1283 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (𝑗𝐴 → ((𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))))
186, 17reximdai 3041 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
1918ralimdv 2992 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
20193impia 1280 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
21 breq1 4688 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 ≤ (𝐹𝑗) ↔ 𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
2221anbi2d 740 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2322rexbidv 3081 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2423ralbidv 3015 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2524rspcev 3340 . . . . . . 7 ((𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
265, 20, 25syl2anc 694 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
27263exp 1283 . . . . 5 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))))
2827rexlimdv 3059 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
29 peano2rem 10386 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 − 1) ∈ ℝ)
3029ad2antlr 763 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) ∈ ℝ)
31 nfv 1883 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝜑𝑥 ∈ ℝ)
32 simp3l 1109 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑘𝑗)
33 simp1r 1106 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑥 ∈ ℝ)
3429rexrd 10127 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 − 1) ∈ ℝ*)
3533, 34syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) ∈ ℝ*)
3633rexrd 10127 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑥 ∈ ℝ*)
3710adantlr 751 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
38373adant3 1101 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
3933ltm1d 10994 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) < 𝑥)
40 simp3r 1110 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑥 ≤ (𝐹𝑗))
4135, 36, 38, 39, 40xrltletrd 12030 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))
4232, 41jca 553 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))
43423exp 1283 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (𝑗𝐴 → ((𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))))
4431, 43reximdai 3041 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
4544ralimdv 2992 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
4645imp 444 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))
47 breq1 4688 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 = (𝑥 − 1) → (𝑦 < (𝐹𝑗) ↔ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))
4847anbi2d 740 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = (𝑥 − 1) → ((𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
4948rexbidv 3081 . . . . . . . . 9 (𝑦 = (𝑥 − 1) → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
5049ralbidv 3015 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑥 − 1) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
5150rspcev 3340 . . . . . . 7 (((𝑥 − 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)))
5230, 46, 51syl2anc 694 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)))
5352ex 449 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))))
5453rexlimdva 3060 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))))
5528, 54impbid 202 . . 3 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
56 simplr 807 . . . . . . 7 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
5711adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
58 rexr 10123 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℝ*)
5958ad3antlr 767 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
60 simpr 476 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝐹𝑗) < 𝑦)
6157, 59, 60xrltled 39800 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)
6261ex 449 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝐹𝑗) < 𝑦 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦))
6362imim2d 57 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6463ralimdva 2991 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6564reximdv 3045 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6665imp 444 . . . . . . 7 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦))
67 breq2 4689 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹𝑗) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑦))
6867imbi2d 329 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) ↔ (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6968ralbidv 3015 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
7069rexbidv 3081 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
7170rspcev 3340 . . . . . . 7 ((𝑦 ∈ ℝ ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7256, 66, 71syl2anc 694 . . . . . 6 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7372ex 449 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
7473rexlimdva 3060 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
75 peano2re 10247 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
7675ad2antlr 763 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)) → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
7737adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
78 rexr 10123 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℝ*)
7978ad3antlr 767 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → 𝑥 ∈ ℝ*)
8075rexrd 10127 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ*)
8180ad3antlr 767 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝑥 + 1) ∈ ℝ*)
82 simpr 476 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
83 ltp1 10899 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 < (𝑥 + 1))
8483ad3antlr 767 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → 𝑥 < (𝑥 + 1))
8577, 79, 81, 82, 84xrlelttrd 12029 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))
8685ex 449 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝐹𝑗) ≤ 𝑥 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1)))
8786imim2d 57 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
8887ralimdva 2991 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
8988reximdv 3045 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9089imp 444 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1)))
91 breq2 4689 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 = (𝑥 + 1) → ((𝐹𝑗) < 𝑦 ↔ (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1)))
9291imbi2d 329 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = (𝑥 + 1) → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9392ralbidv 3015 . . . . . . . . 9 (𝑦 = (𝑥 + 1) → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9493rexbidv 3081 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑥 + 1) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9594rspcev 3340 . . . . . . 7 (((𝑥 + 1) ∈ ℝ ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦))
9676, 90, 95syl2anc 694 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦))
9796ex 449 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)))
9897rexlimdva 3060 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)))
9974, 98impbid 202 . . 3 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
10055, 99anbi12d 747 . 2 (𝜑 → ((∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))))
1014, 100bitrd 268 1 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1054   = wceq 1523  wcel 2030  wnfc 2780  wral 2941  wrex 2942  wss 3607   class class class wbr 4685  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  cr 9973  1c1 9975   + caddc 9977  *cxr 10111   < clt 10112  cle 10113  cmin 10304  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-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-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  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-ico 12219  df-limsup 14246
This theorem is referenced by:  limsupre3  40283
  Copyright terms: Public domain W3C validator