Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  limsupre3lem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem limsupre3lem 42374
Description: Given a function on the extended reals, its supremum limit is real if and only if two condition holds: 1. there is a real number that is less than or equal to the function, at some point, in any upper part of the reals; 2. there is a real number that is eventually greater than or equal to the function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupre3lem.1 𝑗𝐹
limsupre3lem.2 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
limsupre3lem.3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
limsupre3lem (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑗,𝑘,𝑥   𝑘,𝐹,𝑥   𝜑,𝑗,𝑘,𝑥
Allowed substitution hint:   𝐹(𝑗)

Proof of Theorem limsupre3lem
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limsupre3lem.1 . . 3 𝑗𝐹
2 limsupre3lem.2 . . 3 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
3 limsupre3lem.3 . . 3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
41, 2, 3limsupre2 42367 . 2 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ↔ (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦))))
5 simp2 1134 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → 𝑦 ∈ ℝ)
6 nfv 1915 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝜑𝑦 ∈ ℝ)
7 simp3l 1198 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → 𝑘𝑗)
8 simp1r 1195 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 ∈ ℝ)
98rexrd 10680 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
103ffvelrnda 6828 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑗𝐴) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
1110adantlr 714 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
12113adant3 1129 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
13 simp3 1135 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 < (𝐹𝑗))
149, 12, 13xrltled 12531 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴𝑦 < (𝐹𝑗)) → 𝑦 ≤ (𝐹𝑗))
15143adant3l 1177 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → 𝑦 ≤ (𝐹𝑗))
167, 15jca 515 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
17163exp 1116 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (𝑗𝐴 → ((𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))))
186, 17reximdai 3270 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
1918ralimdv 3145 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
20193impia 1114 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
21 breq1 5033 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 ≤ (𝐹𝑗) ↔ 𝑦 ≤ (𝐹𝑗)))
2221anbi2d 631 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2322rexbidv 3256 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2423ralbidv 3162 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))))
2524rspcev 3571 . . . . . . 7 ((𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 ≤ (𝐹𝑗))) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
265, 20, 25syl2anc 587 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))
27263exp 1116 . . . . 5 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)))))
2827rexlimdv 3242 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
29 peano2rem 10942 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 − 1) ∈ ℝ)
3029ad2antlr 726 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) ∈ ℝ)
31 nfv 1915 . . . . . . . . 9 𝑗(𝜑𝑥 ∈ ℝ)
32 simp3l 1198 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑘𝑗)
33 simp1r 1195 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑥 ∈ ℝ)
3429rexrd 10680 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 − 1) ∈ ℝ*)
3533, 34syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) ∈ ℝ*)
3633rexrd 10680 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑥 ∈ ℝ*)
3710adantlr 714 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
38373adant3 1129 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
3933ltm1d 11561 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) < 𝑥)
40 simp3r 1199 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → 𝑥 ≤ (𝐹𝑗))
4135, 36, 38, 39, 40xrltletrd 12542 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))
4232, 41jca 515 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴 ∧ (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))
43423exp 1116 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (𝑗𝐴 → ((𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))))
4431, 43reximdai 3270 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
4544ralimdv 3145 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
4645imp 410 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))
47 breq1 5033 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = (𝑥 − 1) → (𝑦 < (𝐹𝑗) ↔ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗)))
4847anbi2d 631 . . . . . . . . 9 (𝑦 = (𝑥 − 1) → ((𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
4948rexbidv 3256 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑥 − 1) → (∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
5049ralbidv 3162 . . . . . . 7 (𝑦 = (𝑥 − 1) → (∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))))
5150rspcev 3571 . . . . . 6 (((𝑥 − 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗 ∧ (𝑥 − 1) < (𝐹𝑗))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)))
5230, 46, 51syl2anc 587 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)))
5352rexlimdva2 3246 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗))))
5428, 53impbid 215 . . 3 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗))))
55 simplr 768 . . . . . 6 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
5611adantr 484 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
57 rexr 10676 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℝ*)
5857ad3antlr 730 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
59 simpr 488 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝐹𝑗) < 𝑦)
6056, 58, 59xrltled 12531 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)
6160ex 416 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝐹𝑗) < 𝑦 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦))
6261imim2d 57 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6362ralimdva 3144 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6463reximdv 3232 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6564imp 410 . . . . . 6 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦))
66 breq2 5034 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹𝑗) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑦))
6766imbi2d 344 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) ↔ (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6867ralbidv 3162 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
6968rexbidv 3256 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)))
7069rspcev 3571 . . . . . 6 ((𝑦 ∈ ℝ ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7155, 65, 70syl2anc 587 . . . . 5 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7271rexlimdva2 3246 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
73 peano2re 10802 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
7473ad2antlr 726 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)) → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
7537adantr 484 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝐹𝑗) ∈ ℝ*)
76 rexr 10676 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℝ*)
7776ad3antlr 730 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → 𝑥 ∈ ℝ*)
7873rexrd 10680 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ*)
7978ad3antlr 730 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝑥 + 1) ∈ ℝ*)
80 simpr 488 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
81 ltp1 11469 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 < (𝑥 + 1))
8281ad3antlr 730 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → 𝑥 < (𝑥 + 1))
8375, 77, 79, 80, 82xrlelttrd 12541 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) ∧ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))
8483ex 416 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝐹𝑗) ≤ 𝑥 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1)))
8584imim2d 57 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝐴) → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
8685ralimdva 3144 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
8786reximdv 3232 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
8887imp 410 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)) → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1)))
89 breq2 5034 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = (𝑥 + 1) → ((𝐹𝑗) < 𝑦 ↔ (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1)))
9089imbi2d 344 . . . . . . . . 9 (𝑦 = (𝑥 + 1) → ((𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9190ralbidv 3162 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑥 + 1) → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9291rexbidv 3256 . . . . . . 7 (𝑦 = (𝑥 + 1) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))))
9392rspcev 3571 . . . . . 6 (((𝑥 + 1) ∈ ℝ ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < (𝑥 + 1))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦))
9474, 88, 93syl2anc 587 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦))
9594rexlimdva2 3246 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)))
9672, 95impbid 215 . . 3 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)))
9754, 96anbi12d 633 . 2 (𝜑 → ((∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑦 < (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) < 𝑦)) ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))))
984, 97bitrd 282 1 (𝜑 → ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℝ ∃𝑗𝐴 (𝑘𝑗𝑥 ≤ (𝐹𝑗)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209  wa 399  w3a 1084   = wceq 1538  wcel 2111  wnfc 2936  wral 3106  wrex 3107  wss 3881   class class class wbr 5030  wf 6320  cfv 6324  (class class class)co 7135  cr 10525  1c1 10527   + caddc 10529  *cxr 10663   < clt 10664  cle 10665  cmin 10859  lim supclsp 14819
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5154  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603  ax-pre-sup 10604
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-op 4532  df-uni 4801  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-id 5425  df-po 5438  df-so 5439  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-er 8272  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-sup 8890  df-inf 8891  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-ico 12732  df-limsup 14820
This theorem is referenced by:  limsupre3  42375
  Copyright terms: Public domain W3C validator