Theorem liminflelimsuplem 42828

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	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ 𝑉)
liminflelimsuplem.2	⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ (𝑘[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅)

Assertion

Ref	Expression
liminflelimsuplem	⊢ (𝜑 → (lim inf‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹))

Distinct variable groups:   𝑗,𝐹,𝑘   𝜑,𝑗

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑘)   𝑉(𝑗,𝑘)

Proof of Theorem liminflelimsuplem

Dummy variables 𝑖 𝑙 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpr 488	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → 𝑙 ∈ ℝ)
2		simpl 486	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → 𝑖 ∈ ℝ)
3	1, 2	ifcld 4469	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ)
4	3	adantll 713	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ)
5		liminflelimsuplem.2	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ (𝑘[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅)
6	5	ad2antrr 725	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ (𝑘[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅)
7		oveq1 7163	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 = if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) → (𝑘[,)+∞) = (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞))
8	7	rexeqdv 3330	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) → (∃𝑗 ∈ (𝑘[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅ ↔ ∃𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅))
9	8	rspcva 3541	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ (𝑘[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → ∃𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅)
10	4, 6, 9	syl2anc 587	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → ∃𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅)
11		inss2 4136	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*
12		infxrcl 12780	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ* → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
13	11, 12	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
14	13	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
15		inss2 4136	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*
16		infxrcl 12780	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ* → inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
17	15, 16	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
18	17	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
19		inss2 4136	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*
20		supxrcl 12762	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ* → sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
21	19, 20	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
22	21	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
23		rexr 10738	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑖 ∈ ℝ → 𝑖 ∈ ℝ*)
24	23	ad2antrr 725	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑖 ∈ ℝ*)
25		pnfxr 10746	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
26	25	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → +∞ ∈ ℝ*)
27	3	rexrd 10742	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ*)
28	27	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ∈ ℝ*)
29		icossxr 12877	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞) ⊆ ℝ*
30		id 22	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞) → 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞))
31	29, 30	sseldi 3892	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞) → 𝑗 ∈ ℝ*)
32	31	adantl 485	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑗 ∈ ℝ*)
33		max1 12632	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → 𝑖 ≤ if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
34	33	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑖 ≤ if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
35		simpr 488	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞))
36	28, 26, 35	icogelbd 42606	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖) ≤ 𝑗)
37	24, 28, 32, 34, 36	xrletrd 12609	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑖 ≤ 𝑗)
38	24, 26, 37	icossico2 42612	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → (𝑗[,)+∞) ⊆ (𝑖[,)+∞))
39	38	imass2d 42314	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → (𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ⊆ (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)))
40	39	ssrind 4142	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
41	11	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*)
42		infxrss 12786	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ∧ ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
43	40, 41, 42	syl2anc 587	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
44	43	adantr 484	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
45		supxrcl 12762	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ* → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
46	15, 45	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
47	46	a1i 11	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
48	15	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*)
49		simpr 488	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅)
50	48, 49	infxrlesupxr 42484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
51		rexr 10738	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑙 ∈ ℝ → 𝑙 ∈ ℝ*)
52	51	ad2antlr 726	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑙 ∈ ℝ*)
53		max2 12634	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → 𝑙 ≤ if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
54	53	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑙 ≤ if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖))
55	52, 28, 32, 54, 36	xrletrd 12609	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → 𝑙 ≤ 𝑗)
56	52, 26, 55	icossico2 42612	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → (𝑗[,)+∞) ⊆ (𝑙[,)+∞))
57	56	imass2d 42314	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → (𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ⊆ (𝐹 “ (𝑙[,)+∞)))
58	57	ssrind 4142	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*))
59	19	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → ((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*)
60		supxrss 12779	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) ∧ ((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*) → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
61	58, 59, 60	syl2anc 587	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
62	61	adantr 484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
63	18, 47, 22, 50, 62	xrletrd 12609	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
64	14, 18, 22, 44, 63	xrletrd 12609	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
65	64	ad5ant2345 1367	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) ∧ 𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)) ∧ ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
66	65	rexlimdva2 3211	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → (∃𝑗 ∈ (if(𝑖 ≤ 𝑙, 𝑙, 𝑖)[,)+∞)((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) ≠ ∅ → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
67	10, 66	mpd 15	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
68	67	ralrimiva 3113	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → ∀𝑙 ∈ ℝ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
69		nfv 1915	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑙𝜑
70		xrltso 12588	. . . . . . . . . . 11 ⊢ < Or ℝ*
71	70	supex 8973	. . . . . . . . . 10 ⊢ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V
72	71	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑙 ∈ ℝ) → sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V)
73		breq2 5040	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) → (inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦 ↔ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
74	69, 72, 73	ralrnmpt3 42310	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑙 ∈ ℝ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
75	74	adantr 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑙 ∈ ℝ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
76	68, 75	mpbird 260	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → ∀𝑦 ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦)
77		oveq1 7163	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑙 = 𝑖 → (𝑙[,)+∞) = (𝑖[,)+∞))
78	77	imaeq2d 5906	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑙 = 𝑖 → (𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)))
79	78	ineq1d 4118	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑙 = 𝑖 → ((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
80	79	supeq1d 8956	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑙 = 𝑖 → sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
81	80	cbvmptv 5139	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
82	81	rneqi 5783	. . . . . . . 8 ⊢ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
83	82	raleqi 3327	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑦 ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦)
84	83	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ ran (𝑙 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑙[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦))
85	76, 84	mpbid 235	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → ∀𝑦 ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦)
86		supxrcl 12762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ* → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
87	11, 86	ax-mp 5	. . . . . . . . 9 ⊢ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
88	87	rgenw 3082	. . . . . . . 8 ⊢ ∀𝑖 ∈ ℝ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
89		eqid 2758	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
90	89	rnmptss 6883	. . . . . . . 8 ⊢ (∀𝑖 ∈ ℝ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ* → ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) ⊆ ℝ*)
91	88, 90	ax-mp 5	. . . . . . 7 ⊢ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) ⊆ ℝ*
92	91	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) ⊆ ℝ*)
93	13	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
94		infxrgelb 12782	. . . . . 6 ⊢ ((ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) ⊆ ℝ* ∧ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*) → (inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑦 ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦))
95	92, 93, 94	syl2anc 587	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → (inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑦 ∈ ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ 𝑦))
96	85, 95	mpbird 260	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
97	96	ralrimiva 3113	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑖 ∈ ℝ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
98		nfv 1915	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑖𝜑
99		nfcv 2919	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑖ℝ
100		nfmpt1 5134	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑖(𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
101	100	nfrn 5798	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑖ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
102		nfcv 2919	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑖ℝ*
103		nfcv 2919	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑖 <
104	101, 102, 103	nfinf 8992	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑖inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )
105		infxrcl 12780	. . . . . 6 ⊢ (ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) ⊆ ℝ* → inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
106	91, 105	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
107	106	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
108	98, 99, 104, 93, 107	supxrleubrnmptf 42501	. . 3 ⊢ (𝜑 → (sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )))
109	97, 108	mpbird 260	. 2 ⊢ (𝜑 → sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
110		liminflelimsuplem.1	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ 𝑉)
111		eqid 2758	. . . 4 ⊢ (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
112	110, 111	liminfvald 42817	. . 3 ⊢ (𝜑 → (lim inf‘𝐹) = sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
113	110, 89	limsupvald 42808	. . 3 ⊢ (𝜑 → (lim sup‘𝐹) = inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
114	112, 113	breq12d 5049	. 2 ⊢ (𝜑 → ((lim inf‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ sup(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) ≤ inf(ran (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )))
115	109, 114	mpbird 260	1 ⊢ (𝜑 → (lim inf‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1538   ∈ wcel 2111   ≠ wne 2951  ∀wral 3070  ∃wrex 3071  Vcvv 3409   ∩ cin 3859   ⊆ wss 3860  ∅c0 4227  ifcif 4423   class class class wbr 5036   ↦ cmpt 5116  ran crn 5529   “ cima 5531  ‘cfv 6340  (class class class)co 7156  supcsup 8950  infcinf 8951  ℝcr 10587  +∞cpnf 10723  ℝ^*cxr 10725   < clt 10726   ≤ cle 10727  [,)cico 12794  lim supclsp 14888  lim infclsi 42804

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2729  ax-sep 5173  ax-nul 5180  ax-pow 5238  ax-pr 5302  ax-un 7465  ax-cnex 10644  ax-resscn 10645  ax-1cn 10646  ax-icn 10647  ax-addcl 10648  ax-addrcl 10649  ax-mulcl 10650  ax-mulrcl 10651  ax-mulcom 10652  ax-addass 10653  ax-mulass 10654  ax-distr 10655  ax-i2m1 10656  ax-1ne0 10657  ax-1rid 10658  ax-rnegex 10659  ax-rrecex 10660  ax-cnre 10661  ax-pre-lttri 10662  ax-pre-lttrn 10663  ax-pre-ltadd 10664  ax-pre-mulgt0 10665  ax-pre-sup 10666

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2557  df-eu 2588  df-clab 2736  df-cleq 2750  df-clel 2830  df-nfc 2901  df-ne 2952  df-nel 3056  df-ral 3075  df-rex 3076  df-reu 3077  df-rmo 3078  df-rab 3079  df-v 3411  df-sbc 3699  df-csb 3808  df-dif 3863  df-un 3865  df-in 3867  df-ss 3877  df-nul 4228  df-if 4424  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-op 4532  df-uni 4802  df-iun 4888  df-br 5037  df-opab 5099  df-mpt 5117  df-id 5434  df-po 5447  df-so 5448  df-xp 5534  df-rel 5535  df-cnv 5536  df-co 5537  df-dm 5538  df-rn 5539  df-res 5540  df-ima 5541  df-iota 6299  df-fun 6342  df-fn 6343  df-f 6344  df-f1 6345  df-fo 6346  df-f1o 6347  df-fv 6348  df-riota 7114  df-ov 7159  df-oprab 7160  df-mpo 7161  df-1st 7699  df-2nd 7700  df-er 8305  df-en 8541  df-dom 8542  df-sdom 8543  df-sup 8952  df-inf 8953  df-pnf 10728  df-mnf 10729  df-xr 10730  df-ltxr 10731  df-le 10732  df-sub 10923  df-neg 10924  df-ico 12798  df-limsup 14889  df-liminf 42805

This theorem is referenced by:  liminflelimsup  42829