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

Theorem limsupref 43916
Description: If a sequence is bounded, then the limsup is real. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupref.j 𝑗𝐹
limsupref.a (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
limsupref.s (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
limsupref.f (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ)
limsupref.b (𝜑 → ∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 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.
StepHypRef Expression
1 limsupref.a . 2 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
2 limsupref.s . 2 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
3 limsupref.f . 2 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ)
4 limsupref.b . . 3 (𝜑 → ∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏))
5 breq2 5109 . . . . . 6 (𝑏 = 𝑦 → ((abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏 ↔ (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦))
65imbi2d 340 . . . . 5 (𝑏 = 𝑦 → ((𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
76ralbidv 3174 . . . 4 (𝑏 = 𝑦 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
8 breq1 5108 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑖 → (𝑘𝑗𝑖𝑗))
98imbi1d 341 . . . . . 6 (𝑘 = 𝑖 → ((𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
109ralbidv 3174 . . . . 5 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
11 nfv 1917 . . . . . . 7 𝑥(𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)
12 nfv 1917 . . . . . . . 8 𝑗 𝑖𝑥
13 nfcv 2907 . . . . . . . . . 10 𝑗abs
14 limsupref.j . . . . . . . . . . 11 𝑗𝐹
15 nfcv 2907 . . . . . . . . . . 11 𝑗𝑥
1614, 15nffv 6852 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝐹𝑥)
1713, 16nffv 6852 . . . . . . . . 9 𝑗(abs‘(𝐹𝑥))
18 nfcv 2907 . . . . . . . . 9 𝑗
19 nfcv 2907 . . . . . . . . 9 𝑗𝑦
2017, 18, 19nfbr 5152 . . . . . . . 8 𝑗(abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦
2112, 20nfim 1899 . . . . . . 7 𝑗(𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)
22 breq2 5109 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑥 → (𝑖𝑗𝑖𝑥))
23 2fveq3 6847 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑥 → (abs‘(𝐹𝑗)) = (abs‘(𝐹𝑥)))
2423breq1d 5115 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑥 → ((abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦 ↔ (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
2522, 24imbi12d 344 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑥 → ((𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)))
2611, 21, 25cbvralw 3289 . . . . . 6 (∀𝑗𝐴 (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
2726a1i 11 . . . . 5 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)))
2810, 27bitrd 278 . . . 4 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)))
297, 28cbvrex2vw 3228 . . 3 (∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
304, 29sylib 217 . 2 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
311, 2, 3, 30limsupre 43872 1 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205   = wceq 1541  wcel 2106  wnfc 2887  wral 3064  wrex 3073  wss 3910   class class class wbr 5105  wf 6492  cfv 6496  supcsup 9376  cr 11050  +∞cpnf 11186  *cxr 11188   < clt 11189  cle 11190  abscabs 15119  lim supclsp 15352
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128  ax-pre-sup 11129
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-sup 9378  df-inf 9379  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-div 11813  df-nn 12154  df-2 12216  df-3 12217  df-n0 12414  df-z 12500  df-uz 12764  df-rp 12916  df-ico 13270  df-seq 13907  df-exp 13968  df-cj 14984  df-re 14985  df-im 14986  df-sqrt 15120  df-abs 15121  df-limsup 15353
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator