Theorem limsupge 46340

Description: The defining property of the superior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
limsupge.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ ℝ)
limsupge.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐵⟶ℝ*)
limsupge.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)

Assertion

Ref	Expression
limsupge	⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐹

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑘)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem limsupge

Dummy variables 𝑖 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		limsupge.b	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ ℝ)
2		limsupge.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐵⟶ℝ*)
3		limsupge.a	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
4		eqid 2764	. . . . 5 ⊢ (𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
5	4	limsuple 15507	. . . 4 ⊢ ((𝐵 ⊆ ℝ ∧ 𝐹:𝐵⟶ℝ* ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖)))
6	1, 2, 3, 5	syl3anc 1392	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖)))
7		oveq1 7405	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → (𝑗[,)+∞) = (𝑖[,)+∞))
8	7	imaeq2d 6051	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → (𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)))
9	8	ineq1d 4173	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
10	9	supeq1d 9394	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 𝑖 → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
11		simpr 488	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → 𝑖 ∈ ℝ)
12		xrltso 13145	. . . . . . . 8 ⊢ < Or ℝ*
13	12	supex 9412	. . . . . . 7 ⊢ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V
14	13	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V)
15	4, 10, 11, 14	fvmptd3 7001	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
16	15	breq2d 5114	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ℝ) → (𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) ↔ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
17	16	ralbidva 3185	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
18	6, 17	bitrd 281	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
19		oveq1 7405	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝑖[,)+∞) = (𝑘[,)+∞))
20	19	imaeq2d 6051	. . . . . . 7 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
21	20	ineq1d 4173	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
22	21	supeq1d 9394	. . . . 5 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
23	22	breq2d 5114	. . . 4 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
24	23	cbvralvw 3242	. . 3 ⊢ (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
25	24	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
26	18, 25	bitrd 281	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   = wceq 1562   ∈ wcel 2144  ∀wral 3078  Vcvv 3456   ∩ cin 3905   ⊆ wss 3906   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5183   “ cima 5652  ⟶wf 6519  ‘cfv 6523  (class class class)co 7398  supcsup 9388  ℝcr 11074  +∞cpnf 11215  ℝ^*cxr 11217   < clt 11218   ≤ cle 11219  [,)cico 13353  lim supclsp 15499

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1817  ax-4 1831  ax-5 1932  ax-6 1989  ax-7 2030  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2214  ax-ext 2736  ax-sep 5248  ax-nul 5258  ax-pow 5324  ax-pr 5392  ax-un 7720  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1100  df-3an 1101  df-tru 1565  df-fal 1575  df-ex 1802  df-nf 1806  df-sb 2093  df-mo 2568  df-eu 2598  df-clab 2743  df-cleq 2756  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3458  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-nul 4288  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-id 5544  df-po 5557  df-so 5558  df-xp 5655  df-rel 5656  df-cnv 5657  df-co 5658  df-dm 5659  df-rn 5660  df-res 5661  df-ima 5662  df-iota 6479  df-fun 6525  df-fn 6526  df-f 6527  df-f1 6528  df-fo 6529  df-f1o 6530  df-fv 6531  df-riota 7355  df-ov 7401  df-oprab 7402  df-mpo 7403  df-er 8680  df-en 8930  df-dom 8931  df-sdom 8932  df-sup 9390  df-inf 9391  df-pnf 11220  df-mnf 11221  df-xr 11222  df-ltxr 11223  df-le 11224  df-sub 11418  df-neg 11419  df-limsup 15500

This theorem is referenced by: (None)