Theorem limsup10exlem 46486

Description: The range of the given function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
limsup10exlem.1	⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1))
limsup10exlem.2	⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ)

Assertion

Ref	Expression
limsup10exlem	⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) = {0, 1})

Distinct variable groups:   𝑛,𝐾   𝜑,𝑛

Allowed substitution hint:   𝐹(𝑛)

Proof of Theorem limsup10exlem

Step	Hyp	Ref	Expression
1		0elpr01 11196	. . . . . 6 ⊢ 0 ∈ {0, 1}
2		1elpr01 11199	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ {0, 1}
3	1, 2	ifcli 4535	. . . . 5 ⊢ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}
4	3	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
5	4	ralrimiva 3157	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
6		nfv 1944	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
7		c0ex 11195	. . . . . 6 ⊢ 0 ∈ V
8		1re 11203	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℝ
9	8	elexi 3477	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ V
10	7, 9	ifex 4538	. . . . 5 ⊢ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ V
11	10	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ V)
12		limsup10exlem.1	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1))
13	6, 11, 12	imassmpt 45977	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1} ↔ ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}))
14	5, 13	mpbird 260	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1})
15		limsup10exlem.2	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ)
16	15	ceilcld 13872	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℤ)
17		1zzd 12620	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
18	16, 17	ifcld 4534	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
19	18	adantr 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
20		simpr 489	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
21		2teven 16408	. . . . . . 7 ⊢ ((if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
22	19, 20, 21	syl2anc 595	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
23	22	iftrued 4495	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 0)
24		2nn 12309	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℕ
25	24	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
26		eqid 2763	. . . . . . . 8 ⊢ (ℤ≥‘1) = (ℤ≥‘1)
27	8	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
28	15	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
29	16	zred 12695	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
30	29	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
31		simpr 489	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 𝐾)
32	15	ceilged 13875	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
33	32	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
34	27, 28, 30, 31, 33	letrd 11362	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ (⌈‘𝐾))
35		iftrue 4493	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
36	35	adantl 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
37	34, 36	breqtrrd 5139	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
38	8	leidi 11743	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ≤ 1
39	38	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 1)
40		iffalse 4496	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (¬ 1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
41	40	adantl 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
42	39, 41	breqtrrd 5139	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
43	37, 42	pm2.61dan 824	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
44	26, 17, 18, 43	eluzd 46123	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ (ℤ≥‘1))
45		nnuz 12896	. . . . . . 7 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
46	44, 45	eleqtrrdi 2874	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℕ)
47	25, 46	nnmulcld 12284	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℕ)
48	7	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ V)
49	12, 23, 47, 48	fvmptd2 6998	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) = 0)
50	10, 12	fnmpti 6678	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 Fn ℕ
51	50	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn ℕ)
52	15	rexrd 11254	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ*)
53		pnfxr 11258	. . . . . . 7 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
54	53	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
55	47	nnxrd 45993	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ*)
56	47	nnred 12243	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ)
57	46	nnred 12243	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ)
58	33, 36	breqtrrd 5139	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
59	15	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
60	8	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
61		simpr 489	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → ¬ 1 ≤ 𝐾)
62	59, 60, 61	nleltd 46166	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 < 1)
63	59, 60, 62	ltled 11353	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ 1)
64	41	eqcomd 2769	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 = if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
65	63, 64	breqtrd 5137	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
66	58, 65	pm2.61dan 824	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
67	46	nnrpd 13053	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+)
68		2timesgt 46007	. . . . . . . . 9 ⊢ (if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+ → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
69	67, 68	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
70	15, 57, 56, 66, 69	lelttrd 11363	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾 < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
71	15, 56, 70	ltled 11353	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
72	56	ltpnfd 13141	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < +∞)
73	52, 54, 55, 71, 72	elicod 13417	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ (𝐾[,)+∞))
74	51, 47, 73	fnfvimad 7232	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
75	49, 74	eqeltrrd 2864	. . 3 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
76	18	adantr 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
77		simpr 489	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
78		2tp1odd 16405	. . . . . . 7 ⊢ ((if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
79	76, 77, 78	syl2anc 595	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
80	79	iffalsed 4498	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 1)
81	47	peano2nnd 12245	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℕ)
82		1xr 11263	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℝ*
83	82	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ*)
84	12, 80, 81, 83	fvmptd2 6998	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) = 1)
85	81	nnxrd 45993	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ*)
86	81	nnred 12243	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ)
87	56	ltp1d 12140	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
88	15, 56, 86, 70, 87	lttrd 11366	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾 < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
89	15, 86, 88	ltled 11353	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
90	86	ltpnfd 13141	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) < +∞)
91	52, 54, 85, 89, 90	elicod 13417	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ (𝐾[,)+∞))
92	51, 81, 91	fnfvimad 7232	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
93	84, 92	eqeltrrd 2864	. . 3 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
94	75, 93	prssd 4788	. 2 ⊢ (𝜑 → {0, 1} ⊆ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
95	14, 94	eqssd 3954	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) = {0, 1})

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 400   = wceq 1570   ∈ wcel 2143  ∀wral 3079  Vcvv 3455   ∩ cin 3904   ⊆ wss 3905  ifcif 4487  {cpr 4591   class class class wbr 5109   ↦ cmpt 5192   “ cima 5664   Fn wfn 6531  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  ℝcr 11094  0cc0 11095  1c1 11096   + caddc 11098   · cmul 11100  +∞cpnf 11235  ℝ^*cxr 11237   < clt 11238   ≤ cle 11239  ℕcn 12228  2c2 12290  ℤcz 12586  ℤ_≥cuz 12857  ℝ⁺crp 13011  [,)cico 13369  ⌈cceil 13820   ∥ cdvds 16305

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-er 8690  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-sup 9398  df-inf 9399  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-rp 13012  df-ico 13373  df-fl 13821  df-ceil 13822  df-dvds 16306

This theorem is referenced by:  limsup10ex  46487  liminf10ex  46488