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Theorem liminfvalxr 44797
Description: Alternate definition of lim inf when 𝐹 is an extended real-valued function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
liminfvalxr.1 β„²π‘₯𝐹
liminfvalxr.2 (πœ‘ β†’ 𝐴 ∈ 𝑉)
liminfvalxr.3 (πœ‘ β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
Assertion
Ref Expression
liminfvalxr (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) = -𝑒(lim supβ€˜(π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))))
Distinct variable group:   π‘₯,𝐴
Allowed substitution hints:   πœ‘(π‘₯)   𝐹(π‘₯)   𝑉(π‘₯)

Proof of Theorem liminfvalxr
Dummy variables π‘˜ 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nftru 1804 . . . . . . 7 β„²π‘˜βŠ€
2 inss2 4228 . . . . . . . . 9 ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
3 infxrcl 13316 . . . . . . . . 9 (((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* β†’ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
42, 3ax-mp 5 . . . . . . . 8 inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
54a1i 11 . . . . . . 7 ((⊀ ∧ π‘˜ ∈ ℝ) β†’ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
61, 5supminfxrrnmpt 44479 . . . . . 6 (⊀ β†’ sup(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
76mptru 1546 . . . . 5 sup(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )
87a1i 11 . . . 4 (πœ‘ β†’ sup(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
9 tru 1543 . . . . . . . . . . 11 ⊀
10 inss2 4228 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
1110a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (⊀ β†’ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*)
1211supminfxr2 44477 . . . . . . . . . . 11 (⊀ β†’ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ))
139, 12ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < )
1413a1i 11 . . . . . . . . 9 (πœ‘ β†’ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ))
15 elinel1 4194 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)))
16 nfmpt1 5255 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Ⅎ𝑦(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
17 xnegex 13191 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ∈ V
18 eqid 2730 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) = (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
1917, 18fnmpti 6692 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) Fn 𝐴
2019a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (πœ‘ β†’ (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) Fn 𝐴)
2120adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((πœ‘ ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) Fn 𝐴)
22 simpr 483 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((πœ‘ ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)))
2316, 21, 22fvelimad 6958 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((πœ‘ ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
24233adant2 1129 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
2515, 24syl3an3 1163 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
26 elinel2 4195 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ℝ*)
27 elinel1 4194 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ 𝑦 ∈ 𝐴)
2817a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ∈ V)
2918fvmpt2 7008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑦 ∈ 𝐴 ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ∈ V) β†’ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
3027, 28, 29syl2anc 582 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
3130eqcomd 2736 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦))
3231adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦))
33 simpr 483 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
3432, 33eqtrd 2770 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
3534adantll 710 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
36 eqcom 2737 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (-𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧 ↔ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
3736biimpi 215 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (-𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧 β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
3837adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
39 simplr 765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
40 liminfvalxr.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (πœ‘ β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
4140adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
4227adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑦 ∈ 𝐴)
4341, 42ffvelcdmd 7086 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*)
4443adantlr 711 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*)
45 xneg11 13198 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*) β†’ (-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦)))
4639, 44, 45syl2anc 582 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦)))
4746adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ (-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦)))
4838, 47mpbid 231 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
4940ffund 6720 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (πœ‘ β†’ Fun 𝐹)
5049, 27anim12i 611 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (Fun 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐴))
5150simpld 493 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ Fun 𝐹)
5240fdmd 6727 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (πœ‘ β†’ dom 𝐹 = 𝐴)
5352eqcomd 2736 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (πœ‘ β†’ 𝐴 = dom 𝐹)
5453adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝐴 = dom 𝐹)
5542, 54eleqtrd 2833 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑦 ∈ dom 𝐹)
5651, 55jca 510 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (Fun 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ dom 𝐹))
57 elinel2 4195 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ 𝑦 ∈ (π‘˜[,)+∞))
5857adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑦 ∈ (π‘˜[,)+∞))
59 funfvima 7233 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((Fun 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ dom 𝐹) β†’ (𝑦 ∈ (π‘˜[,)+∞) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞))))
6056, 58, 59sylc 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6160ad4ant13 747 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6248, 61eqeltrd 2831 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6335, 62syldan 589 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6463rexlimdva2 3155 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) β†’ (βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧 β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞))))
65643adant3 1130 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ ℝ*) β†’ (βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧 β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞))))
6626, 65syl3an3 1163 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ (βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧 β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞))))
6725, 66mpd 15 . . . . . . . . . . . . . 14 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6867rabssdv 4071 . . . . . . . . . . . . 13 (πœ‘ β†’ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} βŠ† (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
69 ssrab2 4076 . . . . . . . . . . . . . 14 {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} βŠ† ℝ*
7069a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (πœ‘ β†’ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} βŠ† ℝ*)
7168, 70ssind 4231 . . . . . . . . . . . 12 (πœ‘ β†’ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} βŠ† ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*))
722a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (πœ‘ β†’ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*)
7340ffnd 6717 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (πœ‘ β†’ 𝐹 Fn 𝐴)
7473adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝐹 Fn 𝐴)
75 elinel1 4194 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
7675adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
77 fvelima2 44262 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝐹 Fn 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧)
7874, 76, 77syl2anc 582 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧)
79 elinel2 4195 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
80 eqcom 2737 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8180biimpi 215 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8281adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8382xnegeqd 44445 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
84 simpl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
8582, 84eqeltrrd 2832 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*)
8684, 85, 45syl2anc 582 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ (-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦)))
8783, 86mpbid 231 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8887xnegeqd 44445 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
8988ex 411 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑧 ∈ ℝ* β†’ ((πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)))
9089reximdv 3168 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ℝ* β†’ (βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)))
9179, 90syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ (βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)))
9291adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ (βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)))
9378, 92mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
94 xnegex 13191 . . . . . . . . . . . . . . . 16 -𝑒𝑧 ∈ V
95 elmptima 44260 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ V β†’ (-𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ↔ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)))
9694, 95ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ↔ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
9793, 96sylibr 233 . . . . . . . . . . . . . 14 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)))
9872sselda 3981 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
9998xnegcld 13283 . . . . . . . . . . . . . 14 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ℝ*)
10097, 99elind 4193 . . . . . . . . . . . . 13 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*))
10172, 100ssrabdv 4070 . . . . . . . . . . . 12 (πœ‘ β†’ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)})
10271, 101eqssd 3998 . . . . . . . . . . 11 (πœ‘ β†’ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} = ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*))
103102infeq1d 9474 . . . . . . . . . 10 (πœ‘ β†’ inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ) = inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
104103xnegeqd 44445 . . . . . . . . 9 (πœ‘ β†’ -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ) = -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
10514, 104eqtr2d 2771 . . . . . . . 8 (πœ‘ β†’ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
106105mpteq2dv 5249 . . . . . . 7 (πœ‘ β†’ (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
107106rneqd 5936 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
108107infeq1d 9474 . . . . 5 (πœ‘ β†’ inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
109108xnegeqd 44445 . . . 4 (πœ‘ β†’ -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
1108, 109eqtrd 2770 . . 3 (πœ‘ β†’ sup(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
111 liminfvalxr.2 . . . . 5 (πœ‘ β†’ 𝐴 ∈ 𝑉)
11240, 111fexd 7230 . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝐹 ∈ V)
113 eqid 2730 . . . . 5 (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
114113liminfval 44773 . . . 4 (𝐹 ∈ V β†’ (lim infβ€˜πΉ) = sup(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
115112, 114syl 17 . . 3 (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) = sup(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
116111mptexd 7227 . . . . 5 (πœ‘ β†’ (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) ∈ V)
117 eqid 2730 . . . . . 6 (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
118117limsupval 15422 . . . . 5 ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) ∈ V β†’ (lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
119116, 118syl 17 . . . 4 (πœ‘ β†’ (lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
120119xnegeqd 44445 . . 3 (πœ‘ β†’ -𝑒(lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = -𝑒inf(ran (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
121110, 115, 1203eqtr4d 2780 . 2 (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) = -𝑒(lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))))
122 liminfvalxr.1 . . . . . . . 8 β„²π‘₯𝐹
123 nfcv 2901 . . . . . . . 8 β„²π‘₯𝑦
124122, 123nffv 6900 . . . . . . 7 β„²π‘₯(πΉβ€˜π‘¦)
125124nfxneg 44469 . . . . . 6 β„²π‘₯-𝑒(πΉβ€˜π‘¦)
126 nfcv 2901 . . . . . 6 Ⅎ𝑦-𝑒(πΉβ€˜π‘₯)
127 fveq2 6890 . . . . . . 7 (𝑦 = π‘₯ β†’ (πΉβ€˜π‘¦) = (πΉβ€˜π‘₯))
128127xnegeqd 44445 . . . . . 6 (𝑦 = π‘₯ β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))
129125, 126, 128cbvmpt 5258 . . . . 5 (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) = (π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))
130129fveq2i 6893 . . . 4 (lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = (lim supβ€˜(π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯)))
131130xnegeqi 44448 . . 3 -𝑒(lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = -𝑒(lim supβ€˜(π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯)))
132131a1i 11 . 2 (πœ‘ β†’ -𝑒(lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = -𝑒(lim supβ€˜(π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))))
133121, 132eqtrd 2770 1 (πœ‘ β†’ (lim infβ€˜πΉ) = -𝑒(lim supβ€˜(π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 394   ∧ w3a 1085   = wceq 1539  βŠ€wtru 1540   ∈ wcel 2104  β„²wnfc 2881  βˆƒwrex 3068  {crab 3430  Vcvv 3472   ∩ cin 3946   βŠ† wss 3947   ↦ cmpt 5230  dom cdm 5675  ran crn 5676   β€œ cima 5678  Fun wfun 6536   Fn wfn 6537  βŸΆwf 6538  β€˜cfv 6542  (class class class)co 7411  supcsup 9437  infcinf 9438  β„cr 11111  +∞cpnf 11249  β„*cxr 11251   < clt 11252  -𝑒cxne 13093  [,)cico 13330  lim supclsp 15418  lim infclsi 44765
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-rep 5284  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7727  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189  ax-pre-sup 11190
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 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-id 5573  df-po 5587  df-so 5588  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-isom 6551  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-er 8705  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-sup 9439  df-inf 9440  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-xneg 13096  df-limsup 15419  df-liminf 44766
This theorem is referenced by:  liminfvalxrmpt  44800
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