Theorem limsupref 46771

Description: If a sequence is bounded, then the limsup is real. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
limsupref.j	⊢ Ⅎ𝑗𝐹
limsupref.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
limsupref.s	⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
limsupref.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
limsupref.b	⊢ (𝜑 → ∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑏))

Assertion

Ref	Expression
limsupref	⊢ (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑏,𝑗,𝑘   𝐹,𝑏,𝑘

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑗, 𝑘, 𝑏)   𝐹(𝑗)

Proof of Theorem limsupref

Dummy variables 𝑖 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		limsupref.a	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
2		limsupref.s	. 2 ⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
3		limsupref.f	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
4		limsupref.b	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑏))
5		breq2 5106	. . . . . 6 ⊢ (𝑏 = 𝑦 → ((abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑏 ↔ (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦))
6	5	imbi2d 343	. . . . 5 ⊢ (𝑏 = 𝑦 → ((𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦)))
7	6	ralbidv 3185	. . . 4 ⊢ (𝑏 = 𝑦 → (∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦)))
8		breq1 5105	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (𝑘 ≤ 𝑗 ↔ 𝑖 ≤ 𝑗))
9	8	imbi1d 344	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → ((𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦)))
10	9	ralbidv 3185	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦)))
11		nfv 1946	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑥(𝑖 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦)
12		nfv 1946	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑗 𝑖 ≤ 𝑥
13		nfcv 2922	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑗abs
14		limsupref.j	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑗𝐹
15		nfcv 2922	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑗𝑥
16	14, 15	nffv 6895	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑗(𝐹‘𝑥)
17	13, 16	nffv 6895	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑗(abs‘(𝐹‘𝑥))
18		nfcv 2922	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑗 ≤
19		nfcv 2922	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑗𝑦
20	17, 18, 19	nfbr 5151	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑗(abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦
21	12, 20	nfim 1928	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑗(𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦)
22		breq2 5106	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑥 → (𝑖 ≤ 𝑗 ↔ 𝑖 ≤ 𝑥))
23		2fveq3 6890	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 = 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) = (abs‘(𝐹‘𝑥)))
24	23	breq1d 5112	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑥 → ((abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦 ↔ (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦))
25	22, 24	imbi12d 347	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑥 → ((𝑖 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦)))
26	11, 21, 25	cbvralw 3304	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦))
27	26	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦)))
28	10, 27	bitrd 282	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦)))
29	7, 28	cbvrex2vw 3245	. . 3 ⊢ (∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ 𝐴 (𝑘 ≤ 𝑗 → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦))
30	4, 29	sylib 221	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑖 ≤ 𝑥 → (abs‘(𝐹‘𝑥)) ≤ 𝑦))
31	1, 2, 3, 30	limsupre 46727	1 ⊢ (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   = wceq 1569   ∈ wcel 2144  Ⅎwnfc 2907  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3895   class class class wbr 5102  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  supcsup 9433  ℝcr 11200  +∞cpnf 11341  ℝ^*cxr 11343   < clt 11344   ≤ cle 11345  abscabs 15402  lim supclsp 15638

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-cnex 11257  ax-resscn 11258  ax-1cn 11259  ax-icn 11260  ax-addcl 11261  ax-addrcl 11262  ax-mulcl 11263  ax-mulrcl 11264  ax-mulcom 11265  ax-addass 11266  ax-mulass 11267  ax-distr 11268  ax-i2m1 11269  ax-1ne0 11270  ax-1rid 11271  ax-rnegex 11272  ax-rrecex 11273  ax-cnre 11274  ax-pre-lttri 11275  ax-pre-lttrn 11276  ax-pre-ltadd 11277  ax-pre-mulgt0 11278  ax-pre-sup 11279

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-op 4590  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  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-om 7878  df-2nd 8002  df-frecs 8300  df-wrecs 8331  df-recs 8380  df-rdg 8419  df-er 8718  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-sup 9435  df-inf 9436  df-pnf 11346  df-mnf 11347  df-xr 11348  df-ltxr 11349  df-le 11350  df-sub 11544  df-neg 11545  df-div 11975  df-nn 12337  df-2 12406  df-3 12407  df-n0 12608  df-z 12695  df-uz 12967  df-rp 13122  df-ico 13483  df-seq 14146  df-exp 14206  df-cj 15267  df-re 15268  df-im 15269  df-sqrt 15403  df-abs 15404  df-limsup 15639

This theorem is used by: (None)