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

Theorem liminflelimsuplem 44791
Description: The superior limit is greater than or equal to the inferior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
liminflelimsuplem.1 (πœ‘ β†’ 𝐹 ∈ 𝑉)
liminflelimsuplem.2 (πœ‘ β†’ βˆ€π‘˜ ∈ ℝ βˆƒπ‘— ∈ (π‘˜[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…)
Assertion
Ref Expression
liminflelimsuplem (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) ≀ (lim supβ€˜πΉ))
Distinct variable groups:   𝑗,𝐹,π‘˜   πœ‘,𝑗
Allowed substitution hints:   πœ‘(π‘˜)   𝑉(𝑗,π‘˜)

Proof of Theorem liminflelimsuplem
Dummy variables 𝑖 𝑙 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr 483 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ 𝑙 ∈ ℝ)
2 simpl 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ 𝑖 ∈ ℝ)
31, 2ifcld 4575 . . . . . . . . . . 11 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ)
43adantll 710 . . . . . . . . . 10 (((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ)
5 liminflelimsuplem.2 . . . . . . . . . . 11 (πœ‘ β†’ βˆ€π‘˜ ∈ ℝ βˆƒπ‘— ∈ (π‘˜[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…)
65ad2antrr 722 . . . . . . . . . 10 (((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ βˆ€π‘˜ ∈ ℝ βˆƒπ‘— ∈ (π‘˜[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…)
7 oveq1 7420 . . . . . . . . . . . 12 (π‘˜ = if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) β†’ (π‘˜[,)+∞) = (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞))
87rexeqdv 3324 . . . . . . . . . . 11 (π‘˜ = if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) β†’ (βˆƒπ‘— ∈ (π‘˜[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ… ↔ βˆƒπ‘— ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…))
98rspcva 3611 . . . . . . . . . 10 ((if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ ∧ βˆ€π‘˜ ∈ ℝ βˆƒπ‘— ∈ (π‘˜[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ βˆƒπ‘— ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…)
104, 6, 9syl2anc 582 . . . . . . . . 9 (((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ βˆƒπ‘— ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…)
11 inss2 4230 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
12 infxrcl 13318 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
1311, 12ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . 13 inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
1413a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
15 inss2 4230 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
16 infxrcl 13318 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
1715, 16ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . 13 inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
1817a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
19 inss2 4230 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
20 supxrcl 13300 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
2119, 20ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . 13 sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
2221a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
23 rexr 11266 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑖 ∈ ℝ β†’ 𝑖 ∈ ℝ*)
2423ad2antrr 722 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑖 ∈ ℝ*)
25 pnfxr 11274 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 +∞ ∈ ℝ*
2625a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ +∞ ∈ ℝ*)
273rexrd 11270 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ*)
2827adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ*)
29 icossxr 13415 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞) βŠ† ℝ*
30 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞) β†’ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞))
3129, 30sselid 3981 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞) β†’ 𝑗 ∈ ℝ*)
3231adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑗 ∈ ℝ*)
33 max1 13170 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ 𝑖 ≀ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
3433adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑖 ≀ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
35 simpr 483 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞))
3628, 26, 35icogelbd 44571 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ≀ 𝑗)
3724, 28, 32, 34, 36xrletrd 13147 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑖 ≀ 𝑗)
3824, 26, 37icossico2 44577 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ (𝑗[,)+∞) βŠ† (𝑖[,)+∞))
3938imass2d 44266 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ (𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) βŠ† (𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)))
4039ssrind 4236 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
4111a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*)
42 infxrss 13324 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
4340, 41, 42syl2anc 582 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
4443adantr 479 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
45 supxrcl 13300 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
4615, 45ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . . 14 sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
4746a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
4815a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*)
49 simpr 483 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…)
5048, 49infxrlesupxr 44446 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
51 rexr 11266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑙 ∈ ℝ β†’ 𝑙 ∈ ℝ*)
5251ad2antlr 723 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑙 ∈ ℝ*)
53 max2 13172 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ 𝑙 ≀ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
5453adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑙 ≀ if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
5552, 28, 32, 54, 36xrletrd 13147 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ 𝑙 ≀ 𝑗)
5652, 26, 55icossico2 44577 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ (𝑗[,)+∞) βŠ† (𝑙[,)+∞))
5756imass2d 44266 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ (𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) βŠ† (𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)))
5857ssrind 4236 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*))
5919a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*)
60 supxrss 13317 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6158, 59, 60syl2anc 582 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6261adantr 479 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6318, 47, 22, 50, 62xrletrd 13147 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6414, 18, 22, 44, 63xrletrd 13147 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6564ad5ant2345 1368 . . . . . . . . . 10 (((((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ…) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6665rexlimdva2 3155 . . . . . . . . 9 (((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ (βˆƒπ‘— ∈ (if(𝑖 ≀ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 β€œ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) β‰  βˆ… β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
6710, 66mpd 15 . . . . . . . 8 (((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
6867ralrimiva 3144 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ βˆ€π‘™ ∈ ℝ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
69 nfv 1915 . . . . . . . . 9 β„²π‘™πœ‘
70 xrltso 13126 . . . . . . . . . . 11 < Or ℝ*
7170supex 9462 . . . . . . . . . 10 sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V
7271a1i 11 . . . . . . . . 9 ((πœ‘ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V)
73 breq2 5153 . . . . . . . . 9 (𝑦 = sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) β†’ (inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦 ↔ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
7469, 72, 73ralrnmpt3 44263 . . . . . . . 8 (πœ‘ β†’ (βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦 ↔ βˆ€π‘™ ∈ ℝ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
7574adantr 479 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ (βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦 ↔ βˆ€π‘™ ∈ ℝ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
7668, 75mpbird 256 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦)
77 oveq1 7420 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑙 = 𝑖 β†’ (𝑙[,)+∞) = (𝑖[,)+∞))
7877imaeq2d 6060 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 β†’ (𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) = (𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)))
7978ineq1d 4212 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑖 β†’ ((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
8079supeq1d 9445 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑖 β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
8180cbvmptv 5262 . . . . . . . . 9 (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
8281rneqi 5937 . . . . . . . 8 ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
8382raleqi 3321 . . . . . . 7 (βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦 ↔ βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦)
8483a1i 11 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ (βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦 ↔ βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦))
8576, 84mpbid 231 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦)
86 supxrcl 13300 . . . . . . . . . 10 (((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
8711, 86ax-mp 5 . . . . . . . . 9 sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
8887rgenw 3063 . . . . . . . 8 βˆ€π‘– ∈ ℝ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
89 eqid 2730 . . . . . . . . 9 (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
9089rnmptss 7125 . . . . . . . 8 (βˆ€π‘– ∈ ℝ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ* β†’ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) βŠ† ℝ*)
9188, 90ax-mp 5 . . . . . . 7 ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) βŠ† ℝ*
9291a1i 11 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) βŠ† ℝ*)
9313a1i 11 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
94 infxrgelb 13320 . . . . . 6 ((ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) βŠ† ℝ* ∧ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*) β†’ (inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ↔ βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦))
9592, 93, 94syl2anc 582 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ (inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ↔ βˆ€π‘¦ ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝑦))
9685, 95mpbird 256 . . . 4 ((πœ‘ ∧ 𝑖 ∈ ℝ) β†’ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
9796ralrimiva 3144 . . 3 (πœ‘ β†’ βˆ€π‘– ∈ ℝ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
98 nfv 1915 . . . 4 β„²π‘–πœ‘
99 nfcv 2901 . . . 4 Ⅎ𝑖ℝ
100 nfmpt1 5257 . . . . . 6 Ⅎ𝑖(𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
101100nfrn 5952 . . . . 5 Ⅎ𝑖ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
102 nfcv 2901 . . . . 5 Ⅎ𝑖ℝ*
103 nfcv 2901 . . . . 5 Ⅎ𝑖 <
104101, 102, 103nfinf 9481 . . . 4 Ⅎ𝑖inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )
105 infxrcl 13318 . . . . . 6 (ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) βŠ† ℝ* β†’ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
10691, 105ax-mp 5 . . . . 5 inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
107106a1i 11 . . . 4 (πœ‘ β†’ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
10898, 99, 104, 93, 107supxrleubrnmptf 44461 . . 3 (πœ‘ β†’ (sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ↔ βˆ€π‘– ∈ ℝ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )))
10997, 108mpbird 256 . 2 (πœ‘ β†’ sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
110 liminflelimsuplem.1 . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝐹 ∈ 𝑉)
111 eqid 2730 . . . 4 (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
112110, 111liminfvald 44780 . . 3 (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) = sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
113110, 89limsupvald 44771 . . 3 (πœ‘ β†’ (lim supβ€˜πΉ) = inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
114112, 113breq12d 5162 . 2 (πœ‘ β†’ ((lim infβ€˜πΉ) ≀ (lim supβ€˜πΉ) ↔ sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ≀ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )))
115109, 114mpbird 256 1 (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) ≀ (lim supβ€˜πΉ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 394   = wceq 1539   ∈ wcel 2104   β‰  wne 2938  βˆ€wral 3059  βˆƒwrex 3068  Vcvv 3472   ∩ cin 3948   βŠ† wss 3949  βˆ…c0 4323  ifcif 4529   class class class wbr 5149   ↦ cmpt 5232  ran crn 5678   β€œ cima 5680  β€˜cfv 6544  (class class class)co 7413  supcsup 9439  infcinf 9440  β„cr 11113  +∞cpnf 11251  β„*cxr 11253   < clt 11254   ≀ cle 11255  [,)cico 13332  lim supclsp 15420  lim infclsi 44767
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1911  ax-6 1969  ax-7 2009  ax-8 2106  ax-9 2114  ax-10 2135  ax-11 2152  ax-12 2169  ax-ext 2701  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7729  ax-cnex 11170  ax-resscn 11171  ax-1cn 11172  ax-icn 11173  ax-addcl 11174  ax-addrcl 11175  ax-mulcl 11176  ax-mulrcl 11177  ax-mulcom 11178  ax-addass 11179  ax-mulass 11180  ax-distr 11181  ax-i2m1 11182  ax-1ne0 11183  ax-1rid 11184  ax-rnegex 11185  ax-rrecex 11186  ax-cnre 11187  ax-pre-lttri 11188  ax-pre-lttrn 11189  ax-pre-ltadd 11190  ax-pre-mulgt0 11191  ax-pre-sup 11192
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2532  df-eu 2561  df-clab 2708  df-cleq 2722  df-clel 2808  df-nfc 2883  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3374  df-reu 3375  df-rab 3431  df-v 3474  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-iun 5000  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-id 5575  df-po 5589  df-so 5590  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-riota 7369  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-1st 7979  df-2nd 7980  df-er 8707  df-en 8944  df-dom 8945  df-sdom 8946  df-sup 9441  df-inf 9442  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11452  df-neg 11453  df-ico 13336  df-limsup 15421  df-liminf 44768
This theorem is referenced by:  liminflelimsup  44792
  Copyright terms: Public domain W3C validator