Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  limsup10exlem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem limsup10exlem 42032
 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 (𝜑𝐾 ∈ 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
StepHypRef Expression
1 c0ex 10627 . . . . . . 7 0 ∈ V
21prid1 4690 . . . . . 6 0 ∈ {0, 1}
3 1re 10633 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
43elexi 3512 . . . . . . 7 1 ∈ V
54prid2 4691 . . . . . 6 1 ∈ {0, 1}
62, 5ifcli 4511 . . . . 5 if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}
76a1i 11 . . . 4 ((𝜑𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
87ralrimiva 3180 . . 3 (𝜑 → ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
9 nfv 1908 . . . 4 𝑛𝜑
101, 4ifex 4513 . . . . 5 if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ V
1110a1i 11 . . . 4 ((𝜑𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ V)
12 limsup10exlem.1 . . . 4 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1))
139, 11, 12imassmpt 41516 . . 3 (𝜑 → ((𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1} ↔ ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}))
148, 13mpbird 259 . 2 (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1})
15 limsup10exlem.2 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐾 ∈ ℝ)
1615ceilcld 41705 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℤ)
17 1zzd 12005 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
1816, 17ifcld 4510 . . . . . . . 8 (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
1918adantr 483 . . . . . . 7 ((𝜑𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
20 simpr 487 . . . . . . 7 ((𝜑𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
21 2teven 15696 . . . . . . 7 ((if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
2219, 20, 21syl2anc 586 . . . . . 6 ((𝜑𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
2322iftrued 4473 . . . . 5 ((𝜑𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 0)
24 2nn 11702 . . . . . . 7 2 ∈ ℕ
2524a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
26 eqid 2819 . . . . . . . 8 (ℤ‘1) = (ℤ‘1)
273a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
2815adantr 483 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
2916zred 12079 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
3029adantr 483 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
31 simpr 487 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 𝐾)
3215ceilged 41699 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
3332adantr 483 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
3427, 28, 30, 31, 33letrd 10789 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ (⌈‘𝐾))
35 iftrue 4471 . . . . . . . . . . 11 (1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
3635adantl 484 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
3734, 36breqtrrd 5085 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
383leidi 11166 . . . . . . . . . . 11 1 ≤ 1
3938a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 1)
40 iffalse 4474 . . . . . . . . . . 11 (¬ 1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
4140adantl 484 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
4239, 41breqtrrd 5085 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
4337, 42pm2.61dan 811 . . . . . . . 8 (𝜑 → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
4426, 17, 18, 43eluzd 41661 . . . . . . 7 (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ (ℤ‘1))
45 nnuz 12273 . . . . . . 7 ℕ = (ℤ‘1)
4644, 45eleqtrrdi 2922 . . . . . 6 (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℕ)
4725, 46nnmulcld 11682 . . . . 5 (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℕ)
481a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → 0 ∈ V)
4912, 23, 47, 48fvmptd2 6769 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) = 0)
5010, 12fnmpti 6484 . . . . . 6 𝐹 Fn ℕ
5150a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝐹 Fn ℕ)
5215rexrd 10683 . . . . . 6 (𝜑𝐾 ∈ ℝ*)
53 pnfxr 10687 . . . . . . 7 +∞ ∈ ℝ*
5453a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
5547nnxrd 41279 . . . . . 6 (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ*)
5647nnred 11645 . . . . . . 7 (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ)
5746nnred 11645 . . . . . . . 8 (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ)
5833, 36breqtrrd 5085 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
5915adantr 483 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
603a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
61 simpr 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → ¬ 1 ≤ 𝐾)
6259, 60, 61nleltd 41707 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 < 1)
6359, 60, 62ltled 10780 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ 1)
6441eqcomd 2825 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 = if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
6563, 64breqtrd 5083 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
6658, 65pm2.61dan 811 . . . . . . . 8 (𝜑𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
6746nnrpd 12421 . . . . . . . . 9 (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+)
68 2timesgt 41533 . . . . . . . . 9 (if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+ → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
6967, 68syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
7015, 57, 56, 66, 69lelttrd 10790 . . . . . . 7 (𝜑𝐾 < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
7115, 56, 70ltled 10780 . . . . . 6 (𝜑𝐾 ≤ (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
7256ltpnfd 12508 . . . . . 6 (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < +∞)
7352, 54, 55, 71, 72elicod 12779 . . . . 5 (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ (𝐾[,)+∞))
7451, 47, 73fnfvimad 6988 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
7549, 74eqeltrrd 2912 . . 3 (𝜑 → 0 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
7618adantr 483 . . . . . . 7 ((𝜑𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
77 simpr 487 . . . . . . 7 ((𝜑𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
78 2tp1odd 15693 . . . . . . 7 ((if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
7976, 77, 78syl2anc 586 . . . . . 6 ((𝜑𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
8079iffalsed 4476 . . . . 5 ((𝜑𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 1)
8147peano2nnd 11647 . . . . 5 (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℕ)
82 1xr 10692 . . . . . 6 1 ∈ ℝ*
8382a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℝ*)
8412, 80, 81, 83fvmptd2 6769 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) = 1)
8581nnxrd 41279 . . . . . 6 (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ*)
8681nnred 11645 . . . . . . 7 (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ)
8756ltp1d 11562 . . . . . . . 8 (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
8815, 56, 86, 70, 87lttrd 10793 . . . . . . 7 (𝜑𝐾 < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
8915, 86, 88ltled 10780 . . . . . 6 (𝜑𝐾 ≤ ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
9086ltpnfd 12508 . . . . . 6 (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) < +∞)
9152, 54, 85, 89, 90elicod 12779 . . . . 5 (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ (𝐾[,)+∞))
9251, 81, 91fnfvimad 6988 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
9384, 92eqeltrrd 2912 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
9475, 93prssd 4747 . 2 (𝜑 → {0, 1} ⊆ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
9514, 94eqssd 3982 1 (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) = {0, 1})
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1530   ∈ wcel 2107  ∀wral 3136  Vcvv 3493   ∩ cin 3933   ⊆ wss 3934  ifcif 4465  {cpr 4561   class class class wbr 5057   ↦ cmpt 5137   “ cima 5551   Fn wfn 6343  ‘cfv 6348  (class class class)co 7148  ℝcr 10528  0cc0 10529  1c1 10530   + caddc 10532   · cmul 10534  +∞cpnf 10664  ℝ*cxr 10666   < clt 10667   ≤ cle 10668  ℕcn 11630  2c2 11684  ℤcz 11973  ℤ≥cuz 12235  ℝ+crp 12381  [,)cico 12732  ⌈cceil 13153   ∥ cdvds 15599 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1904  ax-6 1963  ax-7 2008  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2153  ax-12 2169  ax-ext 2791  ax-sep 5194  ax-nul 5201  ax-pow 5257  ax-pr 5320  ax-un 7453  ax-cnex 10585  ax-resscn 10586  ax-1cn 10587  ax-icn 10588  ax-addcl 10589  ax-addrcl 10590  ax-mulcl 10591  ax-mulrcl 10592  ax-mulcom 10593  ax-addass 10594  ax-mulass 10595  ax-distr 10596  ax-i2m1 10597  ax-1ne0 10598  ax-1rid 10599  ax-rnegex 10600  ax-rrecex 10601  ax-cnre 10602  ax-pre-lttri 10603  ax-pre-lttrn 10604  ax-pre-ltadd 10605  ax-pre-mulgt0 10606  ax-pre-sup 10607 This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1082  df-3an 1083  df-tru 1533  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2063  df-mo 2616  df-eu 2648  df-clab 2798  df-cleq 2812  df-clel 2891  df-nfc 2961  df-ne 3015  df-nel 3122  df-ral 3141  df-rex 3142  df-reu 3143  df-rmo 3144  df-rab 3145  df-v 3495  df-sbc 3771  df-csb 3882  df-dif 3937  df-un 3939  df-in 3941  df-ss 3950  df-pss 3952  df-nul 4290  df-if 4466  df-pw 4539  df-sn 4560  df-pr 4562  df-tp 4564  df-op 4566  df-uni 4831  df-iun 4912  df-br 5058  df-opab 5120  df-mpt 5138  df-tr 5164  df-id 5453  df-eprel 5458  df-po 5467  df-so 5468  df-fr 5507  df-we 5509  df-xp 5554  df-rel 5555  df-cnv 5556  df-co 5557  df-dm 5558  df-rn 5559  df-res 5560  df-ima 5561  df-pred 6141  df-ord 6187  df-on 6188  df-lim 6189  df-suc 6190  df-iota 6307  df-fun 6350  df-fn 6351  df-f 6352  df-f1 6353  df-fo 6354  df-f1o 6355  df-fv 6356  df-riota 7106  df-ov 7151  df-oprab 7152  df-mpo 7153  df-om 7573  df-wrecs 7939  df-recs 8000  df-rdg 8038  df-er 8281  df-en 8502  df-dom 8503  df-sdom 8504  df-sup 8898  df-inf 8899  df-pnf 10669  df-mnf 10670  df-xr 10671  df-ltxr 10672  df-le 10673  df-sub 10864  df-neg 10865  df-div 11290  df-nn 11631  df-2 11692  df-n0 11890  df-z 11974  df-uz 12236  df-rp 12382  df-ico 12736  df-fl 13154  df-ceil 13155  df-dvds 15600 This theorem is referenced by:  limsup10ex  42033  liminf10ex  42034
 Copyright terms: Public domain W3C validator