MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  limsupbnd1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem limsupbnd1 15573
Description: If a sequence is eventually at most 𝐴, then the limsup is also at most 𝐴. (The converse is only true if the less or equal is replaced by strictly less than; consider the sequence 1 / 𝑛 which is never less or equal to zero even though the limsup is.) (Contributed by Mario Carneiro, 7-Sep-2014.) (Revised by AV, 12-Sep-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupbnd.1 (𝜑𝐵 ⊆ ℝ)
limsupbnd.2 (𝜑𝐹:𝐵⟶ℝ*)
limsupbnd.3 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
limsupbnd1.4 (𝜑 → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴))
Assertion
Ref Expression
limsupbnd1 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴)
Distinct variable groups:   𝑗,𝑘,𝐴   𝐵,𝑗,𝑘   𝑗,𝐹,𝑘   𝜑,𝑗,𝑘

Proof of Theorem limsupbnd1
Dummy variable 𝑛 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupbnd1.4 . 2 (𝜑 → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴))
2 limsupbnd.1 . . . . . 6 (𝜑𝐵 ⊆ ℝ)
32adantr 486 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝐵 ⊆ ℝ)
4 limsupbnd.2 . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝐵⟶ℝ*)
54adantr 486 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝐹:𝐵⟶ℝ*)
6 simpr 490 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝑘 ∈ ℝ)
7 limsupbnd.3 . . . . . 6 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
87adantr 486 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝐴 ∈ ℝ*)
9 eqid 2762 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
109limsupgle 15568 . . . . 5 (((𝐵 ⊆ ℝ ∧ 𝐹:𝐵⟶ℝ*) ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴)))
113, 5, 6, 8, 10syl211anc 1403 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴)))
12 reex 11219 . . . . . . . . . . . 12 ℝ ∈ V
1312ssex 5289 . . . . . . . . . . 11 (𝐵 ⊆ ℝ → 𝐵 ∈ V)
142, 13syl 18 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵 ∈ V)
15 xrex 13041 . . . . . . . . . . 11 * ∈ V
1615a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ℝ* ∈ V)
17 fex2 7937 . . . . . . . . . 10 ((𝐹:𝐵⟶ℝ*𝐵 ∈ V ∧ ℝ* ∈ V) → 𝐹 ∈ V)
184, 14, 16, 17syl3anc 1398 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐹 ∈ V)
19 limsupcl 15564 . . . . . . . . 9 (𝐹 ∈ V → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*)
2018, 19syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*)
2120xrleidd 13207 . . . . . . 7 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹))
229limsuple 15569 . . . . . . . 8 ((𝐵 ⊆ ℝ ∧ 𝐹:𝐵⟶ℝ* ∧ (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*) → ((lim sup‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘)))
232, 4, 20, 22syl3anc 1398 . . . . . . 7 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘)))
2421, 23mpbid 235 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℝ (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘))
2524r19.21bi 3256 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘))
2620adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*)
279limsupgf 15566 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )):ℝ⟶ℝ*
2827a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )):ℝ⟶ℝ*)
2928ffvelcdmda 7081 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ∈ ℝ*)
30 xrletr 13213 . . . . . 6 (((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ* ∧ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ∈ ℝ*𝐴 ∈ ℝ*) → (((lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ∧ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴) → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
3126, 29, 8, 30syl3anc 1398 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (((lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ∧ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴) → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
3225, 31mpand 708 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴 → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
3311, 32sylbird 263 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴) → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
3433rexlimdva 3165 . 2 (𝜑 → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴) → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
351, 34mpd 16 1 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wb 209  wa 401  wcel 2145  wral 3078  wrex 3088  Vcvv 3453  cin 3901  wss 3902   class class class wbr 5107  cmpt 5190  cima 5662  wf 6533  cfv 6537  (class class class)co 7417  supcsup 9414  cr 11127  +∞cpnf 11268  *cxr 11270   < clt 11271  cle 11272  [,)cico 13404  lim supclsp 15561
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7740  ax-cnex 11184  ax-resscn 11185  ax-1cn 11186  ax-icn 11187  ax-addcl 11188  ax-addrcl 11189  ax-mulcl 11190  ax-mulrcl 11191  ax-mulcom 11192  ax-addass 11193  ax-mulass 11194  ax-distr 11195  ax-i2m1 11196  ax-1ne0 11197  ax-1rid 11198  ax-rnegex 11199  ax-rrecex 11200  ax-cnre 11201  ax-pre-lttri 11202  ax-pre-lttrn 11203  ax-pre-ltadd 11204  ax-pre-mulgt0 11205  ax-pre-sup 11206
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4871  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-id 5554  df-po 5567  df-so 5568  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7374  df-ov 7420  df-oprab 7421  df-mpo 7422  df-er 8700  df-en 8957  df-dom 8958  df-sdom 8959  df-sup 9416  df-inf 9417  df-pnf 11273  df-mnf 11274  df-xr 11275  df-ltxr 11276  df-le 11277  df-sub 11471  df-neg 11472  df-ico 13408  df-limsup 15562
This theorem is used by:  caucvgrlem  15764  limsupre  46477  limsupbnd1f  46522
  Copyright terms: Public domain W3C validator