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

Theorem limsupbnd1 15515
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 480 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝐵 ⊆ ℝ)
4 limsupbnd.2 . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝐵⟶ℝ*)
54adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝐹:𝐵⟶ℝ*)
6 simpr 484 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝑘 ∈ ℝ)
7 limsupbnd.3 . . . . . 6 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
87adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → 𝐴 ∈ ℝ*)
9 eqid 2735 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
109limsupgle 15510 . . . . 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 1375 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴)))
12 reex 11244 . . . . . . . . . . . 12 ℝ ∈ V
1312ssex 5327 . . . . . . . . . . 11 (𝐵 ⊆ ℝ → 𝐵 ∈ V)
142, 13syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵 ∈ V)
15 xrex 13027 . . . . . . . . . . 11 * ∈ V
1615a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ℝ* ∈ V)
17 fex2 7957 . . . . . . . . . 10 ((𝐹:𝐵⟶ℝ*𝐵 ∈ V ∧ ℝ* ∈ V) → 𝐹 ∈ V)
184, 14, 16, 17syl3anc 1370 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐹 ∈ V)
19 limsupcl 15506 . . . . . . . . 9 (𝐹 ∈ V → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*)
2018, 19syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*)
2120xrleidd 13191 . . . . . . 7 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹))
229limsuple 15511 . . . . . . . 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 1370 . . . . . . 7 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘)))
2421, 23mpbid 232 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℝ (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘))
2524r19.21bi 3249 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (lim sup‘𝐹) ≤ ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘))
2620adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ*)
279limsupgf 15508 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )):ℝ⟶ℝ*
2827a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )):ℝ⟶ℝ*)
2928ffvelcdmda 7104 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → ((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ∈ ℝ*)
30 xrletr 13197 . . . . . 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 1370 . . . . 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 695 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (((𝑛 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑘) ≤ 𝐴 → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
3311, 32sylbird 260 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ ℝ) → (∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴) → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
3433rexlimdva 3153 . 2 (𝜑 → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐵 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝐴) → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴))
351, 34mpd 15 1 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≤ 𝐴)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  wcel 2106  wral 3059  wrex 3068  Vcvv 3478  cin 3962  wss 3963   class class class wbr 5148  cmpt 5231  cima 5692  wf 6559  cfv 6563  (class class class)co 7431  supcsup 9478  cr 11152  +∞cpnf 11290  *cxr 11292   < clt 11293  cle 11294  [,)cico 13386  lim supclsp 15503
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230  ax-pre-sup 11231
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-id 5583  df-po 5597  df-so 5598  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-er 8744  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-sup 9480  df-inf 9481  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-ico 13390  df-limsup 15504
This theorem is referenced by:  caucvgrlem  15706  limsupre  45597  limsupbnd1f  45642
  Copyright terms: Public domain W3C validator