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

Theorem limsupgle 15421
Description: The defining property of the superior limit function. (Contributed by Mario Carneiro, 5-Sep-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 7-May-2016.)
Hypothesis
Ref Expression
limsupval.1 𝐺 = (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
Assertion
Ref Expression
limsupgle (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((πΊβ€˜πΆ) ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐡 (𝐢 ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴)))
Distinct variable groups:   π‘˜,𝐹   𝐴,𝑗   𝐡,𝑗   𝐢,𝑗,π‘˜   𝑗,𝐹
Allowed substitution hints:   𝐴(π‘˜)   𝐡(π‘˜)   𝐺(𝑗,π‘˜)

Proof of Theorem limsupgle
Dummy variable π‘₯ is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupval.1 . . . . 5 𝐺 = (π‘˜ ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (π‘˜[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
21limsupgval 15420 . . . 4 (𝐢 ∈ ℝ β†’ (πΊβ€˜πΆ) = sup(((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
323ad2ant2 1135 . . 3 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (πΊβ€˜πΆ) = sup(((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
43breq1d 5159 . 2 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((πΊβ€˜πΆ) ≀ 𝐴 ↔ sup(((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝐴))
5 inss2 4230 . . 3 ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ*
6 simp3 1139 . . 3 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ 𝐴 ∈ ℝ*)
7 supxrleub 13305 . . 3 ((((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*) βŠ† ℝ* ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (sup(((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘₯ ∈ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*)π‘₯ ≀ 𝐴))
85, 6, 7sylancr 588 . 2 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (sup(((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘₯ ∈ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*)π‘₯ ≀ 𝐴))
9 imassrn 6071 . . . . . . 7 (𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) βŠ† ran 𝐹
10 simp1r 1199 . . . . . . . 8 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ 𝐹:π΅βŸΆβ„*)
1110frnd 6726 . . . . . . 7 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ran 𝐹 βŠ† ℝ*)
129, 11sstrid 3994 . . . . . 6 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) βŠ† ℝ*)
13 df-ss 3966 . . . . . 6 ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) βŠ† ℝ* ↔ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)))
1412, 13sylib 217 . . . . 5 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)))
15 imadmres 6234 . . . . 5 (𝐹 β€œ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞))) = (𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞))
1614, 15eqtr4di 2791 . . . 4 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞))))
1716raleqdv 3326 . . 3 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (βˆ€π‘₯ ∈ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*)π‘₯ ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘₯ ∈ (𝐹 β€œ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)))π‘₯ ≀ 𝐴))
1810ffnd 6719 . . . 4 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ 𝐹 Fn 𝐡)
1910fdmd 6729 . . . . . . 7 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ dom 𝐹 = 𝐡)
2019ineq2d 4213 . . . . . 6 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((𝐢[,)+∞) ∩ dom 𝐹) = ((𝐢[,)+∞) ∩ 𝐡))
21 dmres 6004 . . . . . 6 dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) = ((𝐢[,)+∞) ∩ dom 𝐹)
22 incom 4202 . . . . . 6 (𝐡 ∩ (𝐢[,)+∞)) = ((𝐢[,)+∞) ∩ 𝐡)
2320, 21, 223eqtr4g 2798 . . . . 5 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) = (𝐡 ∩ (𝐢[,)+∞)))
24 inss1 4229 . . . . 5 (𝐡 ∩ (𝐢[,)+∞)) βŠ† 𝐡
2523, 24eqsstrdi 4037 . . . 4 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) βŠ† 𝐡)
26 breq1 5152 . . . . 5 (π‘₯ = (πΉβ€˜π‘—) β†’ (π‘₯ ≀ 𝐴 ↔ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴))
2726ralima 7240 . . . 4 ((𝐹 Fn 𝐡 ∧ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) βŠ† 𝐡) β†’ (βˆ€π‘₯ ∈ (𝐹 β€œ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)))π‘₯ ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘— ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞))(πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴))
2818, 25, 27syl2anc 585 . . 3 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (βˆ€π‘₯ ∈ (𝐹 β€œ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)))π‘₯ ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘— ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞))(πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴))
2923eleq2d 2820 . . . . . . . 8 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (𝑗 ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) ↔ 𝑗 ∈ (𝐡 ∩ (𝐢[,)+∞))))
30 elin 3965 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (𝐡 ∩ (𝐢[,)+∞)) ↔ (𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝑗 ∈ (𝐢[,)+∞)))
3129, 30bitrdi 287 . . . . . . 7 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (𝑗 ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) ↔ (𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝑗 ∈ (𝐢[,)+∞))))
32 simpl2 1193 . . . . . . . . 9 ((((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) ∧ 𝑗 ∈ 𝐡) β†’ 𝐢 ∈ ℝ)
33 simp1l 1198 . . . . . . . . . 10 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ 𝐡 βŠ† ℝ)
3433sselda 3983 . . . . . . . . 9 ((((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) ∧ 𝑗 ∈ 𝐡) β†’ 𝑗 ∈ ℝ)
35 elicopnf 13422 . . . . . . . . . 10 (𝐢 ∈ ℝ β†’ (𝑗 ∈ (𝐢[,)+∞) ↔ (𝑗 ∈ ℝ ∧ 𝐢 ≀ 𝑗)))
3635baibd 541 . . . . . . . . 9 ((𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) β†’ (𝑗 ∈ (𝐢[,)+∞) ↔ 𝐢 ≀ 𝑗))
3732, 34, 36syl2anc 585 . . . . . . . 8 ((((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) ∧ 𝑗 ∈ 𝐡) β†’ (𝑗 ∈ (𝐢[,)+∞) ↔ 𝐢 ≀ 𝑗))
3837pm5.32da 580 . . . . . . 7 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝑗 ∈ (𝐢[,)+∞)) ↔ (𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝐢 ≀ 𝑗)))
3931, 38bitrd 279 . . . . . 6 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (𝑗 ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) ↔ (𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝐢 ≀ 𝑗)))
4039imbi1d 342 . . . . 5 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((𝑗 ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴) ↔ ((𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝐢 ≀ 𝑗) β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴)))
41 impexp 452 . . . . 5 (((𝑗 ∈ 𝐡 ∧ 𝐢 ≀ 𝑗) β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴) ↔ (𝑗 ∈ 𝐡 β†’ (𝐢 ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴)))
4240, 41bitrdi 287 . . . 4 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((𝑗 ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞)) β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴) ↔ (𝑗 ∈ 𝐡 β†’ (𝐢 ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴))))
4342ralbidv2 3174 . . 3 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (βˆ€π‘— ∈ dom (𝐹 β†Ύ (𝐢[,)+∞))(πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐡 (𝐢 ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴)))
4417, 28, 433bitrd 305 . 2 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ (βˆ€π‘₯ ∈ ((𝐹 β€œ (𝐢[,)+∞)) ∩ ℝ*)π‘₯ ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐡 (𝐢 ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴)))
454, 8, 443bitrd 305 1 (((𝐡 βŠ† ℝ ∧ 𝐹:π΅βŸΆβ„*) ∧ 𝐢 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) β†’ ((πΊβ€˜πΆ) ≀ 𝐴 ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐡 (𝐢 ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ 𝐴)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 397   ∧ w3a 1088   = wceq 1542   ∈ wcel 2107  βˆ€wral 3062   ∩ cin 3948   βŠ† wss 3949   class class class wbr 5149   ↦ cmpt 5232  dom cdm 5677  ran crn 5678   β†Ύ cres 5679   β€œ cima 5680   Fn wfn 6539  βŸΆwf 6540  β€˜cfv 6544  (class class class)co 7409  supcsup 9435  β„cr 11109  +∞cpnf 11245  β„*cxr 11247   < clt 11248   ≀ cle 11249  [,)cico 13326
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7725  ax-cnex 11166  ax-resscn 11167  ax-1cn 11168  ax-icn 11169  ax-addcl 11170  ax-addrcl 11171  ax-mulcl 11172  ax-mulrcl 11173  ax-mulcom 11174  ax-addass 11175  ax-mulass 11176  ax-distr 11177  ax-i2m1 11178  ax-1ne0 11179  ax-1rid 11180  ax-rnegex 11181  ax-rrecex 11182  ax-cnre 11183  ax-pre-lttri 11184  ax-pre-lttrn 11185  ax-pre-ltadd 11186  ax-pre-mulgt0 11187  ax-pre-sup 11188
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-id 5575  df-po 5589  df-so 5590  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-riota 7365  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-er 8703  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-sup 9437  df-pnf 11250  df-mnf 11251  df-xr 11252  df-ltxr 11253  df-le 11254  df-sub 11446  df-neg 11447  df-ico 13330
This theorem is referenced by:  limsupgre  15425  limsupbnd1  15426  limsupbnd2  15427  mbflimsup  25183
  Copyright terms: Public domain W3C validator