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

Theorem limsupge 42390
 Description: The defining property of the superior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupge.b (𝜑𝐵 ⊆ ℝ)
limsupge.f (𝜑𝐹:𝐵⟶ℝ*)
limsupge.a (𝜑𝐴 ∈ 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.
StepHypRef Expression
1 limsupge.b . . . 4 (𝜑𝐵 ⊆ ℝ)
2 limsupge.f . . . 4 (𝜑𝐹:𝐵⟶ℝ*)
3 limsupge.a . . . 4 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
4 eqid 2801 . . . . 5 (𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
54limsuple 14830 . . . 4 ((𝐵 ⊆ ℝ ∧ 𝐹:𝐵⟶ℝ*𝐴 ∈ ℝ*) → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖)))
61, 2, 3, 5syl3anc 1368 . . 3 (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖)))
7 oveq1 7146 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑖 → (𝑗[,)+∞) = (𝑖[,)+∞))
87imaeq2d 5900 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑖 → (𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)))
98ineq1d 4141 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑖 → ((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*))
109supeq1d 8898 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑖 → sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
11 simpr 488 . . . . . 6 ((𝜑𝑖 ∈ ℝ) → 𝑖 ∈ ℝ)
12 xrltso 12526 . . . . . . . 8 < Or ℝ*
1312supex 8915 . . . . . . 7 sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V
1413a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝑖 ∈ ℝ) → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ V)
154, 10, 11, 14fvmptd3 6772 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℝ) → ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) = sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
1615breq2d 5045 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℝ) → (𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) ↔ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
1716ralbidva 3164 . . 3 (𝜑 → (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ ((𝑗 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 “ (𝑗[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))‘𝑖) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
186, 17bitrd 282 . 2 (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
19 oveq1 7146 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (𝑖[,)+∞) = (𝑘[,)+∞))
2019imaeq2d 5900 . . . . . . 7 (𝑖 = 𝑘 → (𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) = (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
2120ineq1d 4141 . . . . . 6 (𝑖 = 𝑘 → ((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
2221supeq1d 8898 . . . . 5 (𝑖 = 𝑘 → sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
2322breq2d 5045 . . . 4 (𝑖 = 𝑘 → (𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
2423cbvralvw 3399 . . 3 (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
2524a1i 11 . 2 (𝜑 → (∀𝑖 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
2618, 25bitrd 282 1 (𝜑 → (𝐴 ≤ (lim sup‘𝐹) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ 𝐴 ≤ sup(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1538   ∈ wcel 2112  ∀wral 3109  Vcvv 3444   ∩ cin 3883   ⊆ wss 3884   class class class wbr 5033   ↦ cmpt 5113   “ cima 5526  ⟶wf 6324  ‘cfv 6328  (class class class)co 7139  supcsup 8892  ℝcr 10529  +∞cpnf 10665  ℝ*cxr 10667   < clt 10668   ≤ cle 10669  [,)cico 12732  lim supclsp 14822 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 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607  ax-pre-sup 10608 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 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-op 4535  df-uni 4804  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-id 5428  df-po 5442  df-so 5443  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-er 8276  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-sup 8894  df-inf 8895  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-limsup 14823 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator