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

Theorem limsupmnfuz 44316
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 a set of upper integers. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupmnfuz.1 𝑗𝐹
limsupmnfuz.2 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
limsupmnfuz.3 𝑍 = (ℤ𝑀)
limsupmnfuz.4 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
limsupmnfuz (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
Distinct variable groups:   𝑘,𝐹,𝑥   𝑘,𝑍,𝑥   𝑗,𝑘,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑗,𝑘)   𝐹(𝑗)   𝑀(𝑥,𝑗,𝑘)   𝑍(𝑗)

Proof of Theorem limsupmnfuz
Dummy variables 𝑖 𝑙 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupmnfuz.2 . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
2 limsupmnfuz.3 . . 3 𝑍 = (ℤ𝑀)
3 limsupmnfuz.4 . . 3 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
41, 2, 3limsupmnfuzlem 44315 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
5 breq2 5148 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
65ralbidv 3178 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
76rexbidv 3179 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
8 fveq2 6881 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑘 → (ℤ𝑖) = (ℤ𝑘))
98raleqdv 3326 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑙 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
10 limsupmnfuz.1 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝐹
11 nfcv 2904 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑙
1210, 11nffv 6891 . . . . . . . . . . 11 𝑗(𝐹𝑙)
13 nfcv 2904 . . . . . . . . . . 11 𝑗
14 nfcv 2904 . . . . . . . . . . 11 𝑗𝑥
1512, 13, 14nfbr 5191 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝐹𝑙) ≤ 𝑥
16 nfv 1918 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝐹𝑗) ≤ 𝑥
17 fveq2 6881 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
1817breq1d 5154 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
1915, 16, 18cbvralw 3304 . . . . . . . . 9 (∀𝑙 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
2019a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
219, 20bitrd 279 . . . . . . 7 (𝑖 = 𝑘 → (∀𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
2221cbvrexvw 3236 . . . . . 6 (∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
2322a1i 11 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
247, 23bitrd 279 . . . 4 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
2524cbvralvw 3235 . . 3 (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
2625a1i 11 . 2 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖𝑍𝑙 ∈ (ℤ𝑖)(𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
274, 26bitrd 279 1 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = -∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑘)(𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205   = wceq 1542  wcel 2107  wnfc 2884  wral 3062  wrex 3071   class class class wbr 5144  wf 6531  cfv 6535  cr 11096  -∞cmnf 11233  *cxr 11234  cle 11236  cz 12545  cuz 12809  lim supclsp 15401
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 5281  ax-sep 5295  ax-nul 5302  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7712  ax-cnex 11153  ax-resscn 11154  ax-1cn 11155  ax-icn 11156  ax-addcl 11157  ax-addrcl 11158  ax-mulcl 11159  ax-mulrcl 11160  ax-mulcom 11161  ax-addass 11162  ax-mulass 11163  ax-distr 11164  ax-i2m1 11165  ax-1ne0 11166  ax-1rid 11167  ax-rnegex 11168  ax-rrecex 11169  ax-cnre 11170  ax-pre-lttri 11171  ax-pre-lttrn 11172  ax-pre-ltadd 11173  ax-pre-mulgt0 11174  ax-pre-sup 11175
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 3776  df-csb 3892  df-dif 3949  df-un 3951  df-in 3953  df-ss 3963  df-pss 3965  df-nul 4321  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-op 4631  df-uni 4905  df-iun 4995  df-br 5145  df-opab 5207  df-mpt 5228  df-tr 5262  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6292  df-ord 6359  df-on 6360  df-lim 6361  df-suc 6362  df-iota 6487  df-fun 6537  df-fn 6538  df-f 6539  df-f1 6540  df-fo 6541  df-f1o 6542  df-fv 6543  df-riota 7352  df-ov 7399  df-oprab 7400  df-mpo 7401  df-om 7843  df-2nd 7963  df-frecs 8253  df-wrecs 8284  df-recs 8358  df-rdg 8397  df-er 8691  df-en 8928  df-dom 8929  df-sdom 8930  df-sup 9424  df-inf 9425  df-pnf 11237  df-mnf 11238  df-xr 11239  df-ltxr 11240  df-le 11241  df-sub 11433  df-neg 11434  df-nn 12200  df-n0 12460  df-z 12546  df-uz 12810  df-ico 13317  df-fl 13744  df-ceil 13745  df-limsup 15402
This theorem is referenced by:  liminfpnfuz  44405  xlimmnflimsup2  44441  xlimmnflimsup  44445
  Copyright terms: Public domain W3C validator