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 46720
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 Ⅎ𝑗𝐹
limsuppnf.a (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
limsuppnf.f (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
limsuppnf (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
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 2923 . . 3 Ⅎ𝑙𝐹
2 limsuppnf.a . . 3 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
3 limsuppnf.f . . 3 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ*)
41, 2, 3limsuppnflem 46719 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙))))
5 breq1 5106 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑘 → (𝑖 ≤ 𝑙 ↔ 𝑘 ≤ 𝑙))
65anbi1d 643 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑘 → ((𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ (𝑘 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙))))
76rexbidv 3187 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙))))
8 nfv 1947 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑗 𝑘 ≤ 𝑙
9 nfcv 2923 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑗𝑦
10 nfcv 2923 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑗 ≤
11 limsuppnf.j . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑗𝐹
12 nfcv 2923 . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑗𝑙
1311, 12nffv 6895 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑗(𝐹‘𝑙)
149, 10, 13nfbr 5152 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑗 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)
158, 14nfan 1932 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑗(𝑘 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙))
16 nfv 1947 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑙(𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗))
17 breq2 5107 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑘 ≤ 𝑙 ↔ 𝑘 ≤ 𝑗))
18 fveq2 6885 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹‘𝑙) = (𝐹‘𝑗))
1918breq2d 5115 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙) ↔ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗)))
2017, 19anbi12d 644 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 → ((𝑘 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗))))
2115, 16, 20cbvrexw 3306 . . . . . . . . 9 (∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗)))
2221a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗))))
237, 22bitrd 282 . . . . . . 7 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗))))
2423cbvralvw 3241 . . . . . 6 (∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗)))
2524a1i 11 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗))))
26 breq1 5106 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗) ↔ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗)))
2726anbi2d 642 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗)) ↔ (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
2827rexbidv 3187 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
2928ralbidv 3186 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑗)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
3025, 29bitrd 282 . . . 4 (𝑦 = 𝑥 → (∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
3130cbvralvw 3241 . . 3 (∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗)))
3231a1i 11 . 2 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑙 ∧ 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑙)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
334, 32bitrd 282 1 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 ∧ 𝑥 ≤ (𝐹‘𝑗))))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570  Ⅎwnfc 2908  ∀wral 3077  ∃wrex 3087   ⊆ wss 3899   class class class wbr 5103  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  ℝcr 11199  +∞cpnf 11340  ℝ*cxr 11342   ≤ cle 11344  lim supclsp 15637
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277  ax-pre-sup 11278
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-id 5546  df-po 5559  df-so 5560  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-sup 9434  df-inf 9435  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-ico 13482  df-limsup 15638
This theorem is used by:  limsupre2lem  46733
  Copyright terms: Public domain W3C validator