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

Theorem limsupresico 39368
Description: The superior limit doesn't change when a function is restricted to the upper part of the reals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupresico.1 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
limsupresico.2 𝑍 = (𝑀[,)+∞)
limsupresico.3 (𝜑𝐹𝑉)
Assertion
Ref Expression
limsupresico (𝜑 → (lim sup‘(𝐹𝑍)) = (lim sup‘𝐹))

Proof of Theorem limsupresico
Dummy variables 𝑘 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupresico.1 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
21rexrd 10049 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑀 ∈ ℝ*)
32ad2antrr 761 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑀 ∈ ℝ*)
4 pnfxr 10052 . . . . . . . . . . . . 13 +∞ ∈ ℝ*
54a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → +∞ ∈ ℝ*)
6 ressxr 10043 . . . . . . . . . . . . 13 ℝ ⊆ ℝ*
74a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
8 icossre 12212 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ +∞ ∈ ℝ*) → (𝑀[,)+∞) ⊆ ℝ)
91, 7, 8syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (𝑀[,)+∞) ⊆ ℝ)
109adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑀[,)+∞) ⊆ ℝ)
11 limsupresico.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 𝑍 = (𝑀[,)+∞)
1211eleq2i 2690 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑘𝑍𝑘 ∈ (𝑀[,)+∞))
1312biimpi 206 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘𝑍𝑘 ∈ (𝑀[,)+∞))
1413adantl 482 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝑘 ∈ (𝑀[,)+∞))
1510, 14sseldd 3589 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝑘 ∈ ℝ)
1615adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑘 ∈ ℝ)
17 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞))
18 elicore 12184 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 ∈ ℝ)
1916, 17, 18syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 ∈ ℝ)
206, 19sseldi 3586 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
211ad2antrr 761 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑀 ∈ ℝ)
222adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝑀 ∈ ℝ*)
234a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘𝑍) → +∞ ∈ ℝ*)
2422, 23, 14icogelbd 39231 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝑀𝑘)
2524adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑀𝑘)
266, 16sseldi 3586 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑘 ∈ ℝ*)
2726, 5, 17icogelbd 39231 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑘𝑦)
2821, 16, 19, 25, 27letrd 10154 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑀𝑦)
2919ltpnfd 11915 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 < +∞)
303, 5, 20, 28, 29elicod 12182 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 ∈ (𝑀[,)+∞))
3130, 11syl6eleqr 2709 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦𝑍)
3231ssd 38774 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑘[,)+∞) ⊆ 𝑍)
33 resima2 5401 . . . . . . . . 9 ((𝑘[,)+∞) ⊆ 𝑍 → ((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
3432, 33syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝑍) → ((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
3534ineq1d 3797 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → (((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
3635supeq1d 8312 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑍) → sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
3736mpteq2dva 4714 . . . . 5 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑘𝑍 ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
3837rneqd 5323 . . . 4 (𝜑 → ran (𝑘𝑍 ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = ran (𝑘𝑍 ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
3911, 9syl5eqss 3634 . . . . 5 (𝜑𝑍 ⊆ ℝ)
4039mptima2 38967 . . . 4 (𝜑 → ((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍) = ran (𝑘𝑍 ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
4139mptima2 38967 . . . 4 (𝜑 → ((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍) = ran (𝑘𝑍 ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
4238, 40, 413eqtr4d 2665 . . 3 (𝜑 → ((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍) = ((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍))
4342infeq1d 8343 . 2 (𝜑 → inf(((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍), ℝ*, < ) = inf(((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍), ℝ*, < ))
44 eqid 2621 . . 3 (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
45 limsupresico.3 . . . 4 (𝜑𝐹𝑉)
4645resexd 38846 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑍) ∈ V)
4711supeq1i 8313 . . . . 5 sup(𝑍, ℝ*, < ) = sup((𝑀[,)+∞), ℝ*, < )
4847a1i 11 . . . 4 (𝜑 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = sup((𝑀[,)+∞), ℝ*, < ))
491renepnfd 10050 . . . . 5 (𝜑𝑀 ≠ +∞)
50 icopnfsup 12620 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℝ*𝑀 ≠ +∞) → sup((𝑀[,)+∞), ℝ*, < ) = +∞)
512, 49, 50syl2anc 692 . . . 4 (𝜑 → sup((𝑀[,)+∞), ℝ*, < ) = +∞)
5248, 51eqtrd 2655 . . 3 (𝜑 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
5344, 46, 39, 52limsupval2 14161 . 2 (𝜑 → (lim sup‘(𝐹𝑍)) = inf(((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝐹𝑍) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍), ℝ*, < ))
54 eqid 2621 . . 3 (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
5554, 45, 39, 52limsupval2 14161 . 2 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) = inf(((𝑘 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) “ 𝑍), ℝ*, < ))
5643, 53, 553eqtr4d 2665 1 (𝜑 → (lim sup‘(𝐹𝑍)) = (lim sup‘𝐹))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 384   = wceq 1480  wcel 1987  wne 2790  Vcvv 3190  cin 3559  wss 3560   class class class wbr 4623  cmpt 4683  ran crn 5085  cres 5086  cima 5087  cfv 5857  (class class class)co 6615  supcsup 8306  infcinf 8307  cr 9895  +∞cpnf 10031  *cxr 10033   < clt 10034  cle 10035  [,)cico 12135  lim supclsp 14151
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-sep 4751  ax-nul 4759  ax-pow 4813  ax-pr 4877  ax-un 6914  ax-cnex 9952  ax-resscn 9953  ax-1cn 9954  ax-icn 9955  ax-addcl 9956  ax-addrcl 9957  ax-mulcl 9958  ax-mulrcl 9959  ax-mulcom 9960  ax-addass 9961  ax-mulass 9962  ax-distr 9963  ax-i2m1 9964  ax-1ne0 9965  ax-1rid 9966  ax-rnegex 9967  ax-rrecex 9968  ax-cnre 9969  ax-pre-lttri 9970  ax-pre-lttrn 9971  ax-pre-ltadd 9972  ax-pre-mulgt0 9973  ax-pre-sup 9974
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2913  df-rex 2914  df-reu 2915  df-rmo 2916  df-rab 2917  df-v 3192  df-sbc 3423  df-csb 3520  df-dif 3563  df-un 3565  df-in 3567  df-ss 3574  df-pss 3576  df-nul 3898  df-if 4065  df-pw 4138  df-sn 4156  df-pr 4158  df-tp 4160  df-op 4162  df-uni 4410  df-iun 4494  df-br 4624  df-opab 4684  df-mpt 4685  df-tr 4723  df-eprel 4995  df-id 4999  df-po 5005  df-so 5006  df-fr 5043  df-we 5045  df-xp 5090  df-rel 5091  df-cnv 5092  df-co 5093  df-dm 5094  df-rn 5095  df-res 5096  df-ima 5097  df-pred 5649  df-ord 5695  df-on 5696  df-lim 5697  df-suc 5698  df-iota 5820  df-fun 5859  df-fn 5860  df-f 5861  df-f1 5862  df-fo 5863  df-f1o 5864  df-fv 5865  df-riota 6576  df-ov 6618  df-oprab 6619  df-mpt2 6620  df-om 7028  df-1st 7128  df-2nd 7129  df-wrecs 7367  df-recs 7428  df-rdg 7466  df-er 7702  df-en 7916  df-dom 7917  df-sdom 7918  df-sup 8308  df-inf 8309  df-pnf 10036  df-mnf 10037  df-xr 10038  df-ltxr 10039  df-le 10040  df-sub 10228  df-neg 10229  df-div 10645  df-nn 10981  df-n0 11253  df-z 11338  df-uz 11648  df-q 11749  df-ico 12139  df-limsup 14152
This theorem is referenced by:  limsupresuz  39371
  Copyright terms: Public domain W3C validator