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 45634
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 2908 . . 3 𝑙𝐹
2 limsuppnf.a . . 3 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
3 limsuppnf.f . . 3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
41, 2, 3limsuppnflem 45633 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) = +∞ ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ∀𝑖 ∈ ℝ ∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))))
5 breq1 5169 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑘 → (𝑖𝑙𝑘𝑙))
65anbi1d 630 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑘 → ((𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ (𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))))
76rexbidv 3185 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑘 → (∃𝑙𝐴 (𝑖𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ ∃𝑙𝐴 (𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))))
8 nfv 1913 . . . . . . . . . . 11 𝑗 𝑘𝑙
9 nfcv 2908 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑦
10 nfcv 2908 . . . . . . . . . . . 12 𝑗
11 limsuppnf.j . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝐹
12 nfcv 2908 . . . . . . . . . . . . 13 𝑗𝑙
1311, 12nffv 6932 . . . . . . . . . . . 12 𝑗(𝐹𝑙)
149, 10, 13nfbr 5213 . . . . . . . . . . 11 𝑗 𝑦 ≤ (𝐹𝑙)
158, 14nfan 1898 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙))
16 nfv 1913 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))
17 breq2 5170 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑘𝑙𝑘𝑗))
18 fveq2 6922 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
1918breq2d 5178 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑗 → (𝑦 ≤ (𝐹𝑙) ↔ 𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
2017, 19anbi12d 631 . . . . . . . . . 10 (𝑙 = 𝑗 → ((𝑘𝑙𝑦 ≤ (𝐹𝑙)) ↔ (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2115, 16, 20cbvrexw 3313 . . . . . . . . 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 3243 . . . . . 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 5169 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 ≤ (𝐹𝑗) ↔ 𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
2726anbi2d 629 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
2827rexbidv 3185 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
2928ralbidv 3184 . . . . 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 3243 . . 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 1537  wnfc 2893  wral 3067  wrex 3076  wss 3976   class class class wbr 5166  wf 6571  cfv 6575  cr 11185  +∞cpnf 11323  *cxr 11325  cle 11327  lim supclsp 15518
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7772  ax-cnex 11242  ax-resscn 11243  ax-1cn 11244  ax-icn 11245  ax-addcl 11246  ax-addrcl 11247  ax-mulcl 11248  ax-mulrcl 11249  ax-mulcom 11250  ax-addass 11251  ax-mulass 11252  ax-distr 11253  ax-i2m1 11254  ax-1ne0 11255  ax-1rid 11256  ax-rnegex 11257  ax-rrecex 11258  ax-cnre 11259  ax-pre-lttri 11260  ax-pre-lttrn 11261  ax-pre-ltadd 11262  ax-pre-mulgt0 11263  ax-pre-sup 11264
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-id 5593  df-po 5607  df-so 5608  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-iota 6527  df-fun 6577  df-fn 6578  df-f 6579  df-f1 6580  df-fo 6581  df-f1o 6582  df-fv 6583  df-riota 7406  df-ov 7453  df-oprab 7454  df-mpo 7455  df-er 8765  df-en 9006  df-dom 9007  df-sdom 9008  df-sup 9513  df-inf 9514  df-pnf 11328  df-mnf 11329  df-xr 11330  df-ltxr 11331  df-le 11332  df-sub 11524  df-neg 11525  df-ico 13415  df-limsup 15519
This theorem is referenced by:  limsupre2lem  45647
  Copyright terms: Public domain W3C validator