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

Theorem limsuppnf 45702
Description: If the restriction of a function to every upper interval is unbounded above, its lim sup is +∞. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsuppnf.j 𝑗𝐹
limsuppnf.a (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
limsuppnf.f (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
limsuppnf (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑗,𝑘,𝑥   𝑘,𝐹,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑗,𝑘)   𝐹(𝑗)

Proof of Theorem limsuppnf
Dummy variables 𝑖 𝑙 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nfcv 2891 . . 3 𝑙𝐹
2 limsuppnf.a . . 3 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
3 limsuppnf.f . . 3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
41, 2, 3limsuppnflem 45701 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))))
5 breq1 5105 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑘 → (𝑖𝑙𝑘𝑙))
65anbi1d 631 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑘 → ((𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ (𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))))
76rexbidv 3157 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∃𝑙𝐴 (𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))))
8 nfv 1914 . . . . . . . . . . 11 𝑗 𝑘𝑙
9 nfcv 2891 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑦
10 nfcv 2891 . . . . . . . . . . . 12 𝑗
11 limsuppnf.j . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝐹
12 nfcv 2891 . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝑙
1311, 12nffv 6850 . . . . . . . . . . . 12 𝑗(𝐹𝑙)
149, 10, 13nfbr 5149 . . . . . . . . . . 11 𝑗 𝑦 ≤ (𝐹𝑙)
158, 14nfan 1899 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))
16 nfv 1914 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))
17 breq2 5106 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑘𝑙𝑘𝑗))
18 fveq2 6840 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
1918breq2d 5114 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑦 ≤ (𝐹𝑙) ↔ 𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
2017, 19anbi12d 632 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 → ((𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2115, 16, 20cbvrexw 3279 . . . . . . . . 9 (∃𝑙𝐴 (𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
2221a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙𝐴 (𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
237, 22bitrd 279 . . . . . . 7 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2423cbvralvw 3213 . . . . . 6 (∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
2524a1i 11 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
26 breq1 5105 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 ≤ (𝐹𝑗) ↔ 𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
2726anbi2d 630 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
2827rexbidv 3157 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
2928ralbidv 3156 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
3025, 29bitrd 279 . . . 4 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
3130cbvralvw 3213 . . 3 (∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
3231a1i 11 . 2 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
334, 32bitrd 279 1 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395   = wceq 1540  wnfc 2876  wral 3044  wrex 3053  wss 3911   class class class wbr 5102  wf 6495  cfv 6499  cr 11043  +∞cpnf 11181  *cxr 11183  cle 11185  lim supclsp 15412
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5229  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5315  ax-pr 5382  ax-un 7691  ax-cnex 11100  ax-resscn 11101  ax-1cn 11102  ax-icn 11103  ax-addcl 11104  ax-addrcl 11105  ax-mulcl 11106  ax-mulrcl 11107  ax-mulcom 11108  ax-addass 11109  ax-mulass 11110  ax-distr 11111  ax-i2m1 11112  ax-1ne0 11113  ax-1rid 11114  ax-rnegex 11115  ax-rrecex 11116  ax-cnre 11117  ax-pre-lttri 11118  ax-pre-lttrn 11119  ax-pre-ltadd 11120  ax-pre-mulgt0 11121  ax-pre-sup 11122
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3403  df-v 3446  df-sbc 3751  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-nul 4293  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-id 5526  df-po 5539  df-so 5540  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-iota 6452  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7326  df-ov 7372  df-oprab 7373  df-mpo 7374  df-er 8648  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-sup 9369  df-inf 9370  df-pnf 11186  df-mnf 11187  df-xr 11188  df-ltxr 11189  df-le 11190  df-sub 11383  df-neg 11384  df-ico 13288  df-limsup 15413
This theorem is referenced by:  limsupre2lem  45715
  Copyright terms: Public domain W3C validator