Theorem limsup10exlem 42414

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		c0ex 10624	. . . . . . 7 ⊢ 0 ∈ V
2	1	prid1 4658	. . . . . 6 ⊢ 0 ∈ {0, 1}
3		1re 10630	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℝ
4	3	elexi 3460	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ V
5	4	prid2 4659	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ {0, 1}
6	2, 5	ifcli 4471	. . . . 5 ⊢ if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}
7	6	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
8	7	ralrimiva 3149	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1})
9		nfv 1915	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
10	1, 4	ifex 4473	. . . . 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	9, 11, 12	imassmpt 41902	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1} ↔ ∀𝑛 ∈ (ℕ ∩ (𝐾[,)+∞))if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) ∈ {0, 1}))
14	8, 13	mpbird 260	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) ⊆ {0, 1})
15		limsup10exlem.2	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ)
16	15	ceilcld 42089	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℤ)
17		1zzd 12001	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
18	16, 17	ifcld 4470	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
19	18	adantr 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
20		simpr 488	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (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)
22	19, 20, 21	syl2anc 587	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → 2 ∥ 𝑛)
23	22	iftrued 4433	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 0)
24		2nn 11698	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℕ
25	24	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
26		eqid 2798	. . . . . . . 8 ⊢ (ℤ≥‘1) = (ℤ≥‘1)
27	3	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
28	15	adantr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
29	16	zred 12075	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
30	29	adantr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → (⌈‘𝐾) ∈ ℝ)
31		simpr 488	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 𝐾)
32	15	ceilged 42083	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
33	32	adantr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ (⌈‘𝐾))
34	27, 28, 30, 31, 33	letrd 10786	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ (⌈‘𝐾))
35		iftrue 4431	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
36	35	adantl 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = (⌈‘𝐾))
37	34, 36	breqtrrd 5058	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
38	3	leidi 11163	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ≤ 1
39	38	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ 1)
40		iffalse 4434	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (¬ 1 ≤ 𝐾 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
41	40	adantl 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) = 1)
42	39, 41	breqtrrd 5058	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
43	37, 42	pm2.61dan 812	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
44	26, 17, 18, 43	eluzd 42046	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ (ℤ≥‘1))
45		nnuz 12269	. . . . . . 7 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
46	44, 45	eleqtrrdi 2901	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℕ)
47	25, 46	nnmulcld 11678	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℕ)
48	1	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ V)
49	12, 23, 47, 48	fvmptd2 6753	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) = 0)
50	10, 12	fnmpti 6463	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 Fn ℕ
51	50	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn ℕ)
52	15	rexrd 10680	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℝ*)
53		pnfxr 10684	. . . . . . 7 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
54	53	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
55	47	nnxrd 41671	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ*)
56	47	nnred 11640	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ ℝ)
57	46	nnred 11640	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ)
58	33, 36	breqtrrd 5058	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
59	15	adantr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ∈ ℝ)
60	3	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 ∈ ℝ)
61		simpr 488	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → ¬ 1 ≤ 𝐾)
62	59, 60, 61	nleltd 42091	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 < 1)
63	59, 60, 62	ltled 10777	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ 1)
64	41	eqcomd 2804	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 1 = if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
65	63, 64	breqtrd 5056	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 1 ≤ 𝐾) → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
66	58, 65	pm2.61dan 812	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))
67	46	nnrpd 12417	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+)
68		2timesgt 41919	. . . . . . . . 9 ⊢ (if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℝ+ → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
69	67, 68	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
70	15, 57, 56, 66, 69	lelttrd 10787	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾 < (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
71	15, 56, 70	ltled 10777	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)))
72	56	ltpnfd 12504	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < +∞)
73	52, 54, 55, 71, 72	elicod 12775	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) ∈ (𝐾[,)+∞))
74	51, 47, 73	fnfvimad 6974	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1))) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
75	49, 74	eqeltrrd 2891	. . 3 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
76	18	adantr 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1) ∈ ℤ)
77		simpr 488	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((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)
79	76, 77, 78	syl2anc 587	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑛)
80	79	iffalsed 4436	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 = ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) → if(2 ∥ 𝑛, 0, 1) = 1)
81	47	peano2nnd 11642	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℕ)
82		1xr 10689	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℝ*
83	82	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ*)
84	12, 80, 81, 83	fvmptd2 6753	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) = 1)
85	81	nnxrd 41671	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ*)
86	81	nnred 11640	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ ℝ)
87	56	ltp1d 11559	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
88	15, 56, 86, 70, 87	lttrd 10790	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾 < ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
89	15, 86, 88	ltled 10777	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ≤ ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1))
90	86	ltpnfd 12504	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) < +∞)
91	52, 54, 85, 89, 90	elicod 12775	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1) ∈ (𝐾[,)+∞))
92	51, 81, 91	fnfvimad 6974	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘((2 · if(1 ≤ 𝐾, (⌈‘𝐾), 1)) + 1)) ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
93	84, 92	eqeltrrd 2891	. . 3 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
94	75, 93	prssd 4715	. 2 ⊢ (𝜑 → {0, 1} ⊆ (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)))
95	14, 94	eqssd 3932	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ (𝐾[,)+∞)) = {0, 1})

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 399   = wceq 1538   ∈ wcel 2111  ∀wral 3106  Vcvv 3441   ∩ cin 3880   ⊆ wss 3881  ifcif 4425  {cpr 4527   class class class wbr 5030   ↦ cmpt 5110   “ cima 5522   Fn wfn 6319  ‘cfv 6324  (class class class)co 7135  ℝcr 10525  0cc0 10526  1c1 10527   + caddc 10529   · cmul 10531  +∞cpnf 10661  ℝ^*cxr 10663   < clt 10664   ≤ cle 10665  ℕcn 11625  2c2 11680  ℤcz 11969  ℤ_≥cuz 12231  ℝ⁺crp 12377  [,)cico 12728  ⌈cceil 13156   ∥ cdvds 15599

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603  ax-pre-sup 10604

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4801  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-tr 5137  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6116  df-ord 6162  df-on 6163  df-lim 6164  df-suc 6165  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-om 7561  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-er 8272  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-sup 8890  df-inf 8891  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-div 11287  df-nn 11626  df-2 11688  df-n0 11886  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-ico 12732  df-fl 13157  df-ceil 13158  df-dvds 15600

This theorem is referenced by:  limsup10ex  42415  liminf10ex  42416