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 43606
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 2736 . . 3 (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup((𝐹 “ (𝑖[,)+∞)), ℝ*, < ))
41, 2, 3limsupmnflem 43605 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)))
5 breq2 5096 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
65imbi2d 340 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
76ralbidv 3170 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
87rexbidv 3171 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
9 breq1 5095 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑘 → (𝑖𝑙𝑘𝑙))
109imbi1d 341 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑘 → ((𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
1110ralbidv 3170 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙𝐴 (𝑖𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑙𝐴 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)))
12 nfv 1916 . . . . . . . . . . 11 𝑗 𝑘𝑙
13 limsupmnf.j . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝐹
14 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝑙
1513, 14nffv 6835 . . . . . . . . . . . 12 𝑗(𝐹𝑙)
16 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . 12 𝑗
17 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑥
1815, 16, 17nfbr 5139 . . . . . . . . . . 11 𝑗(𝐹𝑙) ≤ 𝑥
1912, 18nfim 1898 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
20 nfv 1916 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
21 breq2 5096 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑘𝑙𝑘𝑗))
22 fveq2 6825 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
2322breq1d 5102 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
2421, 23imbi12d 344 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 → ((𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑥) ↔ (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
2519, 20, 24cbvralw 3285 . . . . . . . . 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 3222 . . . . . 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 3221 . . 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 1540  wnfc 2884  wral 3061  wrex 3070  wss 3898   class class class wbr 5092  cmpt 5175  cima 5623  wf 6475  cfv 6479  (class class class)co 7337  supcsup 9297  cr 10971  +∞cpnf 11107  -∞cmnf 11108  *cxr 11109   < clt 11110  cle 11111  [,)cico 13182  lim supclsp 15278
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2707  ax-rep 5229  ax-sep 5243  ax-nul 5250  ax-pow 5308  ax-pr 5372  ax-un 7650  ax-cnex 11028  ax-resscn 11029  ax-1cn 11030  ax-icn 11031  ax-addcl 11032  ax-addrcl 11033  ax-mulcl 11034  ax-mulrcl 11035  ax-mulcom 11036  ax-addass 11037  ax-mulass 11038  ax-distr 11039  ax-i2m1 11040  ax-1ne0 11041  ax-1rid 11042  ax-rnegex 11043  ax-rrecex 11044  ax-cnre 11045  ax-pre-lttri 11046  ax-pre-lttrn 11047  ax-pre-ltadd 11048  ax-pre-mulgt0 11049  ax-pre-sup 11050
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2886  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3349  df-reu 3350  df-rab 3404  df-v 3443  df-sbc 3728  df-csb 3844  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-nul 4270  df-if 4474  df-pw 4549  df-sn 4574  df-pr 4576  df-op 4580  df-uni 4853  df-iun 4943  df-br 5093  df-opab 5155  df-mpt 5176  df-id 5518  df-po 5532  df-so 5533  df-xp 5626  df-rel 5627  df-cnv 5628  df-co 5629  df-dm 5630  df-rn 5631  df-res 5632  df-ima 5633  df-iota 6431  df-fun 6481  df-fn 6482  df-f 6483  df-f1 6484  df-fo 6485  df-f1o 6486  df-fv 6487  df-riota 7293  df-ov 7340  df-oprab 7341  df-mpo 7342  df-er 8569  df-en 8805  df-dom 8806  df-sdom 8807  df-sup 9299  df-inf 9300  df-pnf 11112  df-mnf 11113  df-xr 11114  df-ltxr 11115  df-le 11116  df-sub 11308  df-neg 11309  df-ico 13186  df-limsup 15279
This theorem is referenced by:  limsupre2lem  43609  limsupmnfuzlem  43611
  Copyright terms: Public domain W3C validator