Mathbox for Alexander van der Vekens < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  elbigolo1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem elbigolo1 43370
 Description: A function (into the positive reals) is of order G(x) iff the quotient of the function and G(x) (also a function into the positive reals) is an eventually upper bounded function. (Contributed by AV, 20-May-2020.) (Proof shortened by II, 16-Feb-2023.)
Assertion
Ref Expression
elbigolo1 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐹 ∈ (Ο‘𝐺) ↔ (𝐹 /f 𝐺) ∈ ≤𝑂(1)))

Proof of Theorem elbigolo1
Dummy variables 𝑚 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 id 22 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+)
2 rpssre 12144 . . . . . . . . . . . . 13 + ⊆ ℝ
32a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝐴⟶ℝ+ → ℝ+ ⊆ ℝ)
41, 3fssd 6305 . . . . . . . . . . 11 (𝐹:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ)
543ad2ant3 1126 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
65adantr 474 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
76ffvelrnda 6623 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → (𝐹𝑦) ∈ ℝ)
8 simplrr 768 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → 𝑚 ∈ ℝ)
9 simpl2 1201 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) → 𝐺:𝐴⟶ℝ+)
109ffvelrnda 6623 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → (𝐺𝑦) ∈ ℝ+)
1110rpregt0d 12187 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → ((𝐺𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐺𝑦)))
127, 8, 113jca 1119 . . . . . . 7 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → ((𝐹𝑦) ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ ∧ ((𝐺𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐺𝑦))))
13 ledivmul2 11256 . . . . . . . 8 (((𝐹𝑦) ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ ∧ ((𝐺𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐺𝑦))) → (((𝐹𝑦) / (𝐺𝑦)) ≤ 𝑚 ↔ (𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦))))
1413bicomd 215 . . . . . . 7 (((𝐹𝑦) ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ ∧ ((𝐺𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐺𝑦))) → ((𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦)) ↔ ((𝐹𝑦) / (𝐺𝑦)) ≤ 𝑚))
1512, 14syl 17 . . . . . 6 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → ((𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦)) ↔ ((𝐹𝑦) / (𝐺𝑦)) ≤ 𝑚))
16 id 22 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐺:𝐴⟶ℝ+)
172a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺:𝐴⟶ℝ+ → ℝ+ ⊆ ℝ)
1816, 17fssd 6305 . . . . . . . . . . . 12 (𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐺:𝐴⟶ℝ)
19183ad2ant2 1125 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → 𝐺:𝐴⟶ℝ)
20 reex 10363 . . . . . . . . . . . . 13 ℝ ∈ V
2120ssex 5039 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ⊆ ℝ → 𝐴 ∈ V)
22213ad2ant1 1124 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → 𝐴 ∈ V)
235, 19, 223jca 1119 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ∈ V))
2423adantr 474 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) → (𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ∈ V))
2524adantr 474 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → (𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ∈ V))
26 ffun 6294 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐺:𝐴⟶ℝ+ → Fun 𝐺)
2726adantl 475 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → Fun 𝐺)
2821anim1ci 609 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → (𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐴 ∈ V))
29 fex 6761 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐴 ∈ V) → 𝐺 ∈ V)
3028, 29syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → 𝐺 ∈ V)
31 0red 10380 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → 0 ∈ ℝ)
32 frn 6297 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐺:𝐴⟶ℝ+ → ran 𝐺 ⊆ ℝ+)
33 0nrp 12174 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ¬ 0 ∈ ℝ+
34 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (ran 𝐺 ⊆ ℝ+ → ran 𝐺 ⊆ ℝ+)
3534ssneld 3823 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (ran 𝐺 ⊆ ℝ+ → (¬ 0 ∈ ℝ+ → ¬ 0 ∈ ran 𝐺))
3633, 35mpi 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (ran 𝐺 ⊆ ℝ+ → ¬ 0 ∈ ran 𝐺)
37 df-nel 3076 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (0 ∉ ran 𝐺 ↔ ¬ 0 ∈ ran 𝐺)
3836, 37sylibr 226 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (ran 𝐺 ⊆ ℝ+ → 0 ∉ ran 𝐺)
3932, 38syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐺:𝐴⟶ℝ+ → 0 ∉ ran 𝐺)
4039adantl 475 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → 0 ∉ ran 𝐺)
41 suppdm 43319 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Fun 𝐺𝐺 ∈ V ∧ 0 ∈ ℝ) ∧ 0 ∉ ran 𝐺) → (𝐺 supp 0) = dom 𝐺)
4227, 30, 31, 40, 41syl31anc 1441 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → (𝐺 supp 0) = dom 𝐺)
43 fdm 6299 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐺:𝐴⟶ℝ+ → dom 𝐺 = 𝐴)
4443adantl 475 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → dom 𝐺 = 𝐴)
4542, 44eqtrd 2814 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+) → (𝐺 supp 0) = 𝐴)
46453adant3 1123 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐺 supp 0) = 𝐴)
4746eqcomd 2784 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → 𝐴 = (𝐺 supp 0))
4847adantr 474 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) → 𝐴 = (𝐺 supp 0))
4948eleq2d 2845 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) → (𝑦𝐴𝑦 ∈ (𝐺 supp 0)))
5049biimpa 470 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → 𝑦 ∈ (𝐺 supp 0))
51 refdivmptfv 43359 . . . . . . . 8 (((𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ∈ V) ∧ 𝑦 ∈ (𝐺 supp 0)) → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) = ((𝐹𝑦) / (𝐺𝑦)))
5225, 50, 51syl2anc 579 . . . . . . 7 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) = ((𝐹𝑦) / (𝐺𝑦)))
5352breq1d 4896 . . . . . 6 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → (((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚 ↔ ((𝐹𝑦) / (𝐺𝑦)) ≤ 𝑚))
5415, 53bitr4d 274 . . . . 5 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → ((𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦)) ↔ ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚))
5554imbi2d 332 . . . 4 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) ∧ 𝑦𝐴) → ((𝑥𝑦 → (𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦))) ↔ (𝑥𝑦 → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚)))
5655ralbidva 3167 . . 3 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑚 ∈ ℝ)) → (∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → (𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦))) ↔ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚)))
57562rexbidva 3241 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → (𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦))) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚)))
58 simp1 1127 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → 𝐴 ⊆ ℝ)
59 ssidd 3843 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → 𝐴𝐴)
60 elbigo2 43365 . . 3 (((𝐺:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ) ∧ (𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴𝐴)) → (𝐹 ∈ (Ο‘𝐺) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → (𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦)))))
6119, 58, 5, 59, 60syl22anc 829 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐹 ∈ (Ο‘𝐺) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → (𝐹𝑦) ≤ (𝑚 · (𝐺𝑦)))))
62 refdivmptf 43355 . . . . 5 ((𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ∈ V) → (𝐹 /f 𝐺):(𝐺 supp 0)⟶ℝ)
6323, 62syl 17 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐹 /f 𝐺):(𝐺 supp 0)⟶ℝ)
6447feq2d 6277 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → ((𝐹 /f 𝐺):𝐴⟶ℝ ↔ (𝐹 /f 𝐺):(𝐺 supp 0)⟶ℝ))
6563, 64mpbird 249 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐹 /f 𝐺):𝐴⟶ℝ)
66 ello12 14655 . . 3 (((𝐹 /f 𝐺):𝐴⟶ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ) → ((𝐹 /f 𝐺) ∈ ≤𝑂(1) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚)))
6765, 58, 66syl2anc 579 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → ((𝐹 /f 𝐺) ∈ ≤𝑂(1) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑦𝐴 (𝑥𝑦 → ((𝐹 /f 𝐺)‘𝑦) ≤ 𝑚)))
6857, 61, 673bitr4d 303 1 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐺:𝐴⟶ℝ+𝐹:𝐴⟶ℝ+) → (𝐹 ∈ (Ο‘𝐺) ↔ (𝐹 /f 𝐺) ∈ ≤𝑂(1)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 386   ∧ w3a 1071   = wceq 1601   ∈ wcel 2107   ∉ wnel 3075  ∀wral 3090  ∃wrex 3091  Vcvv 3398   ⊆ wss 3792   class class class wbr 4886  dom cdm 5355  ran crn 5356  Fun wfun 6129  ⟶wf 6131  ‘cfv 6135  (class class class)co 6922   supp csupp 7576  ℝcr 10271  0cc0 10272   · cmul 10277   < clt 10411   ≤ cle 10412   / cdiv 11032  ℝ+crp 12137  ≤𝑂(1)clo1 14626   /f cfdiv 43350  Οcbigo 43360 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1839  ax-4 1853  ax-5 1953  ax-6 2021  ax-7 2055  ax-8 2109  ax-9 2116  ax-10 2135  ax-11 2150  ax-12 2163  ax-13 2334  ax-ext 2754  ax-rep 5006  ax-sep 5017  ax-nul 5025  ax-pow 5077  ax-pr 5138  ax-un 7226  ax-cnex 10328  ax-resscn 10329  ax-1cn 10330  ax-icn 10331  ax-addcl 10332  ax-addrcl 10333  ax-mulcl 10334  ax-mulrcl 10335  ax-mulcom 10336  ax-addass 10337  ax-mulass 10338  ax-distr 10339  ax-i2m1 10340  ax-1ne0 10341  ax-1rid 10342  ax-rnegex 10343  ax-rrecex 10344  ax-cnre 10345  ax-pre-lttri 10346  ax-pre-lttrn 10347  ax-pre-ltadd 10348  ax-pre-mulgt0 10349 This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1605  df-ex 1824  df-nf 1828  df-sb 2012  df-mo 2551  df-eu 2587  df-clab 2764  df-cleq 2770  df-clel 2774  df-nfc 2921  df-ne 2970  df-nel 3076  df-ral 3095  df-rex 3096  df-reu 3097  df-rmo 3098  df-rab 3099  df-v 3400  df-sbc 3653  df-csb 3752  df-dif 3795  df-un 3797  df-in 3799  df-ss 3806  df-nul 4142  df-if 4308  df-pw 4381  df-sn 4399  df-pr 4401  df-op 4405  df-uni 4672  df-iun 4755  df-br 4887  df-opab 4949  df-mpt 4966  df-id 5261  df-po 5274  df-so 5275  df-xp 5361  df-rel 5362  df-cnv 5363  df-co 5364  df-dm 5365  df-rn 5366  df-res 5367  df-ima 5368  df-iota 6099  df-fun 6137  df-fn 6138  df-f 6139  df-f1 6140  df-fo 6141  df-f1o 6142  df-fv 6143  df-riota 6883  df-ov 6925  df-oprab 6926  df-mpt2 6927  df-of 7174  df-supp 7577  df-er 8026  df-pm 8143  df-en 8242  df-dom 8243  df-sdom 8244  df-pnf 10413  df-mnf 10414  df-xr 10415  df-ltxr 10416  df-le 10417  df-sub 10608  df-neg 10609  df-div 11033  df-rp 12138  df-ico 12493  df-lo1 14630  df-fdiv 43351  df-bigo 43361 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator