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 44437
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 Ⅎ𝑗𝐹
limsupmnf.a (πœ‘ β†’ 𝐴 βŠ† ℝ)
limsupmnf.f (πœ‘ β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
Assertion
Ref Expression
limsupmnf (πœ‘ β†’ ((lim supβ€˜πΉ) = -∞ ↔ βˆ€π‘₯ ∈ ℝ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑗,π‘˜,π‘₯   π‘˜,𝐹,π‘₯
Allowed substitution hints:   πœ‘(π‘₯,𝑗,π‘˜)   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 (πœ‘ β†’ 𝐴 βŠ† ℝ)
2 limsupmnf.f . . 3 (πœ‘ β†’ 𝐹:π΄βŸΆβ„*)
3 eqid 2733 . . 3 (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)), ℝ*, < ))
41, 2, 3limsupmnflem 44436 . 2 (πœ‘ β†’ ((lim supβ€˜πΉ) = -∞ ↔ βˆ€π‘¦ ∈ ℝ βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦)))
5 breq2 5153 . . . . . . . 8 (𝑦 = π‘₯ β†’ ((πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦 ↔ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯))
65imbi2d 341 . . . . . . 7 (𝑦 = π‘₯ β†’ ((𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦) ↔ (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯)))
76ralbidv 3178 . . . . . 6 (𝑦 = π‘₯ β†’ (βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦) ↔ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯)))
87rexbidv 3179 . . . . 5 (𝑦 = π‘₯ β†’ (βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦) ↔ βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯)))
9 breq1 5152 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = π‘˜ β†’ (𝑖 ≀ 𝑙 ↔ π‘˜ ≀ 𝑙))
109imbi1d 342 . . . . . . . . 9 (𝑖 = π‘˜ β†’ ((𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ (π‘˜ ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯)))
1110ralbidv 3178 . . . . . . . 8 (𝑖 = π‘˜ β†’ (βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯)))
12 nfv 1918 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑗 π‘˜ ≀ 𝑙
13 limsupmnf.j . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑗𝐹
14 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑗𝑙
1513, 14nffv 6902 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑗(πΉβ€˜π‘™)
16 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑗 ≀
17 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑗π‘₯
1815, 16, 17nfbr 5196 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑗(πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯
1912, 18nfim 1900 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑗(π‘˜ ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯)
20 nfv 1918 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑙(π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)
21 breq2 5153 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 β†’ (π‘˜ ≀ 𝑙 ↔ π‘˜ ≀ 𝑗))
22 fveq2 6892 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘™) = (πΉβ€˜π‘—))
2322breq1d 5159 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 β†’ ((πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯ ↔ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯))
2421, 23imbi12d 345 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 β†’ ((π‘˜ ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
2519, 20, 24cbvralw 3304 . . . . . . . . 9 (βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯))
2625a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑖 = π‘˜ β†’ (βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
2711, 26bitrd 279 . . . . . . 7 (𝑖 = π‘˜ β†’ (βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
2827cbvrexvw 3236 . . . . . 6 (βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯))
2928a1i 11 . . . . 5 (𝑦 = π‘₯ β†’ (βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ π‘₯) ↔ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
308, 29bitrd 279 . . . 4 (𝑦 = π‘₯ β†’ (βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦) ↔ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
3130cbvralvw 3235 . . 3 (βˆ€π‘¦ ∈ ℝ βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦) ↔ βˆ€π‘₯ ∈ ℝ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯))
3231a1i 11 . 2 (πœ‘ β†’ (βˆ€π‘¦ ∈ ℝ βˆƒπ‘– ∈ ℝ βˆ€π‘™ ∈ 𝐴 (𝑖 ≀ 𝑙 β†’ (πΉβ€˜π‘™) ≀ 𝑦) ↔ βˆ€π‘₯ ∈ ℝ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
334, 32bitrd 279 1 (πœ‘ β†’ ((lim supβ€˜πΉ) = -∞ ↔ βˆ€π‘₯ ∈ ℝ βˆƒπ‘˜ ∈ ℝ βˆ€π‘— ∈ 𝐴 (π‘˜ ≀ 𝑗 β†’ (πΉβ€˜π‘—) ≀ π‘₯)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ↔ wb 205   = wceq 1542  β„²wnfc 2884  βˆ€wral 3062  βˆƒwrex 3071   βŠ† wss 3949   class class class wbr 5149   ↦ cmpt 5232   β€œ cima 5680  βŸΆwf 6540  β€˜cfv 6544  (class class class)co 7409  supcsup 9435  β„cr 11109  +∞cpnf 11245  -∞cmnf 11246  β„*cxr 11247   < clt 11248   ≀ cle 11249  [,)cico 13326  lim supclsp 15414
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-rep 5286  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-iun 5000  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-inf 9438  df-pnf 11250  df-mnf 11251  df-xr 11252  df-ltxr 11253  df-le 11254  df-sub 11446  df-neg 11447  df-ico 13330  df-limsup 15415
This theorem is referenced by:  limsupre2lem  44440  limsupmnfuzlem  44442
  Copyright terms: Public domain W3C validator