Theorem liminflt 41552

Description: Given a sequence of real numbers, there exists an upper part of the sequence that's approximated from above by the inferior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
liminflt.k	⊢ Ⅎ𝑘𝐹
liminflt.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
liminflt.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
liminflt.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
liminflt.r	⊢ (𝜑 → (lim inf‘𝐹) ∈ ℝ)
liminflt.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℝ+)

Assertion

Ref	Expression
liminflt	⊢ (𝜑 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋))

Distinct variable groups:   𝑗,𝐹   𝑗,𝑋,𝑘   𝑗,𝑍

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑗,𝑘)   𝐹(𝑘)   𝑀(𝑗,𝑘)   𝑍(𝑘)

Proof of Theorem liminflt

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		liminflt.m	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
2		liminflt.z	. . 3 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
3		liminflt.f	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
4		liminflt.r	. . 3 ⊢ (𝜑 → (lim inf‘𝐹) ∈ ℝ)
5		liminflt.x	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℝ+)
6	1, 2, 3, 4, 5	liminfltlem 41551	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑖 ∈ 𝑍 ∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑖)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋))
7		fveq2 6504	. . . . 5 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → (ℤ≥‘𝑖) = (ℤ≥‘𝑗))
8	7	raleqdv 3357	. . . 4 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → (∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑖)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) ↔ ∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋)))
9		nfcv 2934	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘lim inf
10		liminflt.k	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘𝐹
11	9, 10	nffv 6514	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘(lim inf‘𝐹)
12		nfcv 2934	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘 <
13		nfcv 2934	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘𝑙
14	10, 13	nffv 6514	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘(𝐹‘𝑙)
15		nfcv 2934	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘 +
16		nfcv 2934	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘𝑋
17	14, 15, 16	nfov 7012	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘((𝐹‘𝑙) + 𝑋)
18	11, 12, 17	nfbr 4981	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑘(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋)
19		nfv 1874	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑙(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋)
20		fveq2 6504	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑙 = 𝑘 → (𝐹‘𝑙) = (𝐹‘𝑘))
21	20	oveq1d 6997	. . . . . . 7 ⊢ (𝑙 = 𝑘 → ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) = ((𝐹‘𝑘) + 𝑋))
22	21	breq2d 4946	. . . . . 6 ⊢ (𝑙 = 𝑘 → ((lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) ↔ (lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋)))
23	18, 19, 22	cbvral 3381	. . . . 5 ⊢ (∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋))
24	23	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → (∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋)))
25	8, 24	bitrd 271	. . 3 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → (∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑖)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋)))
26	25	cbvrexv 3386	. 2 ⊢ (∃𝑖 ∈ 𝑍 ∀𝑙 ∈ (ℤ≥‘𝑖)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑙) + 𝑋) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋))
27	6, 26	sylib 210	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(lim inf‘𝐹) < ((𝐹‘𝑘) + 𝑋))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 198   = wceq 1508   ∈ wcel 2051  Ⅎwnfc 2918  ∀wral 3090  ∃wrex 3091   class class class wbr 4934  ⟶wf 6189  ‘cfv 6193  (class class class)co 6982  ℝcr 10340   + caddc 10344   < clt 10480  ℤcz 11799  ℤ_≥cuz 12064  ℝ⁺crp 12210  lim infclsi 41498

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1759  ax-4 1773  ax-5 1870  ax-6 1929  ax-7 1966  ax-8 2053  ax-9 2060  ax-10 2080  ax-11 2094  ax-12 2107  ax-13 2302  ax-ext 2752  ax-rep 5053  ax-sep 5064  ax-nul 5071  ax-pow 5123  ax-pr 5190  ax-un 7285  ax-cnex 10397  ax-resscn 10398  ax-1cn 10399  ax-icn 10400  ax-addcl 10401  ax-addrcl 10402  ax-mulcl 10403  ax-mulrcl 10404  ax-mulcom 10405  ax-addass 10406  ax-mulass 10407  ax-distr 10408  ax-i2m1 10409  ax-1ne0 10410  ax-1rid 10411  ax-rnegex 10412  ax-rrecex 10413  ax-cnre 10414  ax-pre-lttri 10415  ax-pre-lttrn 10416  ax-pre-ltadd 10417  ax-pre-mulgt0 10418  ax-pre-sup 10419

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 388  df-or 835  df-3or 1070  df-3an 1071  df-tru 1511  df-ex 1744  df-nf 1748  df-sb 2017  df-mo 2551  df-eu 2589  df-clab 2761  df-cleq 2773  df-clel 2848  df-nfc 2920  df-ne 2970  df-nel 3076  df-ral 3095  df-rex 3096  df-reu 3097  df-rmo 3098  df-rab 3099  df-v 3419  df-sbc 3684  df-csb 3789  df-dif 3834  df-un 3836  df-in 3838  df-ss 3845  df-pss 3847  df-nul 4182  df-if 4354  df-pw 4427  df-sn 4445  df-pr 4447  df-tp 4449  df-op 4451  df-uni 4718  df-int 4755  df-iun 4799  df-br 4935  df-opab 4997  df-mpt 5014  df-tr 5036  df-id 5316  df-eprel 5321  df-po 5330  df-so 5331  df-fr 5370  df-we 5372  df-xp 5417  df-rel 5418  df-cnv 5419  df-co 5420  df-dm 5421  df-rn 5422  df-res 5423  df-ima 5424  df-pred 5991  df-ord 6037  df-on 6038  df-lim 6039  df-suc 6040  df-iota 6157  df-fun 6195  df-fn 6196  df-f 6197  df-f1 6198  df-fo 6199  df-f1o 6200  df-fv 6201  df-isom 6202  df-riota 6943  df-ov 6985  df-oprab 6986  df-mpo 6987  df-om 7403  df-1st 7507  df-2nd 7508  df-wrecs 7756  df-recs 7818  df-rdg 7856  df-1o 7911  df-oadd 7915  df-er 8095  df-en 8313  df-dom 8314  df-sdom 8315  df-fin 8316  df-sup 8707  df-inf 8708  df-pnf 10482  df-mnf 10483  df-xr 10484  df-ltxr 10485  df-le 10486  df-sub 10678  df-neg 10679  df-div 11105  df-nn 11446  df-2 11509  df-n0 11714  df-z 11800  df-uz 12065  df-q 12169  df-rp 12211  df-xneg 12330  df-xadd 12331  df-ico 12566  df-fz 12715  df-fzo 12856  df-fl 12983  df-ceil 12984  df-limsup 14695  df-liminf 41499

This theorem is referenced by:  liminflimsupclim  41554