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Theorem liminfvalxr 44798
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 1805 . . . . . . 7 β„²π‘˜βŠ€
2 inss2 4229 . . . . . . . . 9 ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
3 infxrcl 13317 . . . . . . . . 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 44480 . . . . . 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 1547 . . . . 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 1544 . . . . . . . . . . 11 ⊀
10 inss2 4229 . . . . . . . . . . . . 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 44478 . . . . . . . . . . 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 4195 . . . . . . . . . . . . . . . 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 5256 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Ⅎ𝑦(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
17 xnegex 13192 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ∈ V
18 eqid 2731 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) = (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
1917, 18fnmpti 6693 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) Fn 𝐴
2019a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (πœ‘ β†’ (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) Fn 𝐴)
2120adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((πœ‘ ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) Fn 𝐴)
22 simpr 484 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 6959 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 1130 . . . . . . . . . . . . . . . 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 1164 . . . . . . . . . . . . . . 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 4196 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ℝ*)
27 elinel1 4195 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ 𝑦 ∈ 𝐴)
2817a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ∈ V)
2918fvmpt2 7009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑦 ∈ 𝐴 ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ∈ V) β†’ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
3027, 28, 29syl2anc 583 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
3130eqcomd 2737 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦))
3231adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 484 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 2771 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧)
3534adantll 711 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 2738 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
39 simplr 766 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
40 liminfvalxr.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (πœ‘ β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
4140adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
4227adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑦 ∈ 𝐴)
4341, 42ffvelcdmd 7087 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*)
4443adantlr 712 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*)
45 xneg11 13199 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*) β†’ (-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦)))
4639, 44, 45syl2anc 583 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (-𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦)))
4746adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 6721 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (πœ‘ β†’ Fun 𝐹)
5049, 27anim12i 612 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (Fun 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐴))
5150simpld 494 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ Fun 𝐹)
5240fdmd 6728 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (πœ‘ β†’ dom 𝐹 = 𝐴)
5352eqcomd 2737 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (πœ‘ β†’ 𝐴 = dom 𝐹)
5453adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝐴 = dom 𝐹)
5542, 54eleqtrd 2834 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑦 ∈ dom 𝐹)
5651, 55jca 511 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ (Fun 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ dom 𝐹))
57 elinel2 4196 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞)) β†’ 𝑦 ∈ (π‘˜[,)+∞))
5857adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((πœ‘ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) β†’ 𝑦 ∈ (π‘˜[,)+∞))
59 funfvima 7234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 748 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6248, 61eqeltrd 2832 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6335, 62syldan 590 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))) ∧ ((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))β€˜π‘¦) = -𝑒𝑧) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
6463rexlimdva2 3156 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 1131 . . . . . . . . . . . . . . . 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 1164 . . . . . . . . . . . . . . 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 4072 . . . . . . . . . . . . 13 (πœ‘ β†’ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} βŠ† (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
69 ssrab2 4077 . . . . . . . . . . . . . 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 4232 . . . . . . . . . . . 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 6718 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (πœ‘ β†’ 𝐹 Fn 𝐴)
7473adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝐹 Fn 𝐴)
75 elinel1 4195 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
7675adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)))
77 fvelima2 44263 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝐹 Fn 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ (𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞))) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧)
7874, 76, 77syl2anc 583 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ (𝐴 ∩ (π‘˜[,)+∞))(πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧)
79 elinel2 4196 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
80 eqcom 2738 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 ↔ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8180biimpi 215 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8281adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ 𝑧 = (πΉβ€˜π‘¦))
8382xnegeqd 44446 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
84 simpl 482 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
8582, 84eqeltrrd 2833 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ (πΉβ€˜π‘¦) ∈ ℝ*)
8684, 85, 45syl2anc 583 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 44446 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧) β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))
8988ex 412 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑧 ∈ ℝ* β†’ ((πΉβ€˜π‘¦) = 𝑧 β†’ -𝑒𝑧 = -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)))
9089reximdv 3169 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 481 . . . . . . . . . . . . . . . 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 13192 . . . . . . . . . . . . . . . 16 -𝑒𝑧 ∈ V
95 elmptima 44261 . . . . . . . . . . . . . . . 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 3982 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ 𝑧 ∈ ℝ*)
9998xnegcld 13284 . . . . . . . . . . . . . 14 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ -𝑒𝑧 ∈ ℝ*)
10097, 99elind 4194 . . . . . . . . . . . . 13 ((πœ‘ ∧ 𝑧 ∈ ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)) β†’ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*))
10172, 100ssrabdv 4071 . . . . . . . . . . . 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 3999 . . . . . . . . . . 11 (πœ‘ β†’ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*)} = ((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*))
103102infeq1d 9476 . . . . . . . . . 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 44446 . . . . . . . . 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 2772 . . . . . . . 8 (πœ‘ β†’ -𝑒inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup((((𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
106105mpteq2dv 5250 . . . . . . 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 5937 . . . . . 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 9476 . . . . 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 44446 . . . 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 2771 . . 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 7231 . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝐹 ∈ V)
113 eqid 2731 . . . . 5 (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (π‘˜ ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
114113liminfval 44774 . . . 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 7228 . . . . 5 (πœ‘ β†’ (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) ∈ V)
117 eqid 2731 . . . . . 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 15423 . . . . 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 44446 . . 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 2781 . 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 2902 . . . . . . . 8 β„²π‘₯𝑦
124122, 123nffv 6901 . . . . . . 7 β„²π‘₯(πΉβ€˜π‘¦)
125124nfxneg 44470 . . . . . 6 β„²π‘₯-𝑒(πΉβ€˜π‘¦)
126 nfcv 2902 . . . . . 6 Ⅎ𝑦-𝑒(πΉβ€˜π‘₯)
127 fveq2 6891 . . . . . . 7 (𝑦 = π‘₯ β†’ (πΉβ€˜π‘¦) = (πΉβ€˜π‘₯))
128127xnegeqd 44446 . . . . . 6 (𝑦 = π‘₯ β†’ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦) = -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))
129125, 126, 128cbvmpt 5259 . . . . 5 (𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦)) = (π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯))
130129fveq2i 6894 . . . 4 (lim supβ€˜(𝑦 ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘¦))) = (lim supβ€˜(π‘₯ ∈ 𝐴 ↦ -𝑒(πΉβ€˜π‘₯)))
131130xnegeqi 44449 . . 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 2771 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 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1540  βŠ€wtru 1541   ∈ wcel 2105  β„²wnfc 2882  βˆƒwrex 3069  {crab 3431  Vcvv 3473   ∩ cin 3947   βŠ† wss 3948   ↦ cmpt 5231  dom cdm 5676  ran crn 5677   β€œ cima 5679  Fun wfun 6537   Fn wfn 6538  βŸΆwf 6539  β€˜cfv 6543  (class class class)co 7412  supcsup 9439  infcinf 9440  β„cr 11113  +∞cpnf 11250  β„*cxr 11252   < clt 11253  -𝑒cxne 13094  [,)cico 13331  lim supclsp 15419  lim infclsi 44766
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2702  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  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 396  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3375  df-reu 3376  df-rab 3432  df-v 3475  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-id 5574  df-po 5588  df-so 5589  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-isom 6552  df-riota 7368  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-er 8707  df-en 8944  df-dom 8945  df-sdom 8946  df-sup 9441  df-inf 9442  df-pnf 11255  df-mnf 11256  df-xr 11257  df-ltxr 11258  df-le 11259  df-sub 11451  df-neg 11452  df-xneg 13097  df-limsup 15420  df-liminf 44767
This theorem is referenced by:  liminfvalxrmpt  44801
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