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

Theorem limsupmnf 43216
Description: The superior limit of a function is -∞ if and only if every real number is the upper bound of the restriction of the function to an upper interval of real numbers. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupmnf.j 𝑗𝐹
limsupmnf.a (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
limsupmnf.f (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
limsupmnf (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑗,𝑘,𝑥   𝑘,𝐹,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑗,𝑘)   𝐹(𝑗)

Proof of Theorem limsupmnf
Dummy variables 𝑖 𝑙 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupmnf.a . . 3 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
2 limsupmnf.f . . 3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
3 eqid 2739 . . 3 (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)), ℝ*, < ))
41, 2, 3limsupmnflem 43215 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)))
5 breq2 5082 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
65imbi2d 340 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
76ralbidv 3122 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
87rexbidv 3227 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
9 breq1 5081 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑘 → (𝑖𝑙𝑘𝑙))
109imbi1d 341 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑘 → ((𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
1110ralbidv 3122 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑙𝐴 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
12 nfv 1920 . . . . . . . . . . 11 𝑗 𝑘𝑙
13 limsupmnf.j . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝐹
14 nfcv 2908 . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝑙
1513, 14nffv 6778 . . . . . . . . . . . 12 𝑗(𝐹𝑙)
16 nfcv 2908 . . . . . . . . . . . 12 𝑗
17 nfcv 2908 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑥
1815, 16, 17nfbr 5125 . . . . . . . . . . 11 𝑗(𝐹𝑙) ≤ 𝑥
1912, 18nfim 1902 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
20 nfv 1920 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
21 breq2 5082 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑘𝑙𝑘𝑗))
22 fveq2 6768 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
2322breq1d 5088 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
2421, 23imbi12d 344 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 → ((𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
2519, 20, 24cbvralw 3371 . . . . . . . . 9 (∀𝑙𝐴 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
2625a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙𝐴 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
2711, 26bitrd 278 . . . . . . 7 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
2827cbvrexvw 3381 . . . . . 6 (∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
2928a1i 11 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
308, 29bitrd 278 . . . 4 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
3130cbvralvw 3380 . . 3 (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
3231a1i 11 . 2 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
334, 32bitrd 278 1 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205   = wceq 1541  wnfc 2888  wral 3065  wrex 3066  wss 3891   class class class wbr 5078  cmpt 5161  cima 5591  wf 6426  cfv 6430  (class class class)co 7268  supcsup 9160  cr 10854  +∞cpnf 10990  -∞cmnf 10991  *cxr 10992   < clt 10993  cle 10994  [,)cico 13063  lim supclsp 15160
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1801  ax-4 1815  ax-5 1916  ax-6 1974  ax-7 2014  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2140  ax-11 2157  ax-12 2174  ax-ext 2710  ax-rep 5213  ax-sep 5226  ax-nul 5233  ax-pow 5291  ax-pr 5355  ax-un 7579  ax-cnex 10911  ax-resscn 10912  ax-1cn 10913  ax-icn 10914  ax-addcl 10915  ax-addrcl 10916  ax-mulcl 10917  ax-mulrcl 10918  ax-mulcom 10919  ax-addass 10920  ax-mulass 10921  ax-distr 10922  ax-i2m1 10923  ax-1ne0 10924  ax-1rid 10925  ax-rnegex 10926  ax-rrecex 10927  ax-cnre 10928  ax-pre-lttri 10929  ax-pre-lttrn 10930  ax-pre-ltadd 10931  ax-pre-mulgt0 10932  ax-pre-sup 10933
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1786  df-nf 1790  df-sb 2071  df-mo 2541  df-eu 2570  df-clab 2717  df-cleq 2731  df-clel 2817  df-nfc 2890  df-ne 2945  df-nel 3051  df-ral 3070  df-rex 3071  df-reu 3072  df-rmo 3073  df-rab 3074  df-v 3432  df-sbc 3720  df-csb 3837  df-dif 3894  df-un 3896  df-in 3898  df-ss 3908  df-nul 4262  df-if 4465  df-pw 4540  df-sn 4567  df-pr 4569  df-op 4573  df-uni 4845  df-iun 4931  df-br 5079  df-opab 5141  df-mpt 5162  df-id 5488  df-po 5502  df-so 5503  df-xp 5594  df-rel 5595  df-cnv 5596  df-co 5597  df-dm 5598  df-rn 5599  df-res 5600  df-ima 5601  df-iota 6388  df-fun 6432  df-fn 6433  df-f 6434  df-f1 6435  df-fo 6436  df-f1o 6437  df-fv 6438  df-riota 7225  df-ov 7271  df-oprab 7272  df-mpo 7273  df-er 8472  df-en 8708  df-dom 8709  df-sdom 8710  df-sup 9162  df-inf 9163  df-pnf 10995  df-mnf 10996  df-xr 10997  df-ltxr 10998  df-le 10999  df-sub 11190  df-neg 11191  df-ico 13067  df-limsup 15161
This theorem is referenced by:  limsupre2lem  43219  limsupmnfuzlem  43221
  Copyright terms: Public domain W3C validator