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 45788
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 5097 . . . . . 6 (𝑏 = 𝑦 → ((abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏 ↔ (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦))
65imbi2d 340 . . . . 5 (𝑏 = 𝑦 → ((𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
76ralbidv 3155 . . . 4 (𝑏 = 𝑦 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
8 breq1 5096 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑖 → (𝑘𝑗𝑖𝑗))
98imbi1d 341 . . . . . 6 (𝑘 = 𝑖 → ((𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
109ralbidv 3155 . . . . 5 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
11 nfv 1915 . . . . . . 7 𝑥(𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)
12 nfv 1915 . . . . . . . 8 𝑗 𝑖𝑥
13 nfcv 2894 . . . . . . . . . 10 𝑗abs
14 limsupref.j . . . . . . . . . . 11 𝑗𝐹
15 nfcv 2894 . . . . . . . . . . 11 𝑗𝑥
1614, 15nffv 6838 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝐹𝑥)
1713, 16nffv 6838 . . . . . . . . 9 𝑗(abs‘(𝐹𝑥))
18 nfcv 2894 . . . . . . . . 9 𝑗
19 nfcv 2894 . . . . . . . . 9 𝑗𝑦
2017, 18, 19nfbr 5140 . . . . . . . 8 𝑗(abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦
2112, 20nfim 1897 . . . . . . 7 𝑗(𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)
22 breq2 5097 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑥 → (𝑖𝑗𝑖𝑥))
23 2fveq3 6833 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑥 → (abs‘(𝐹𝑗)) = (abs‘(𝐹𝑥)))
2423breq1d 5103 . . . . . . . 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 3274 . . . . . 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 279 . . . 4 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)))
297, 28cbvrex2vw 3215 . . 3 (∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
304, 29sylib 218 . 2 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
311, 2, 3, 30limsupre 45744 1 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206   = wceq 1541  wcel 2111  wnfc 2879  wral 3047  wrex 3056  wss 3897   class class class wbr 5093  wf 6483  cfv 6487  supcsup 9330  cr 11011  +∞cpnf 11149  *cxr 11151   < clt 11152  cle 11153  abscabs 15147  lim supclsp 15383
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2144  ax-11 2160  ax-12 2180  ax-ext 2703  ax-rep 5219  ax-sep 5236  ax-nul 5246  ax-pow 5305  ax-pr 5372  ax-un 7674  ax-cnex 11068  ax-resscn 11069  ax-1cn 11070  ax-icn 11071  ax-addcl 11072  ax-addrcl 11073  ax-mulcl 11074  ax-mulrcl 11075  ax-mulcom 11076  ax-addass 11077  ax-mulass 11078  ax-distr 11079  ax-i2m1 11080  ax-1ne0 11081  ax-1rid 11082  ax-rnegex 11083  ax-rrecex 11084  ax-cnre 11085  ax-pre-lttri 11086  ax-pre-lttrn 11087  ax-pre-ltadd 11088  ax-pre-mulgt0 11089  ax-pre-sup 11090
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2710  df-cleq 2723  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2929  df-nel 3033  df-ral 3048  df-rex 3057  df-rmo 3346  df-reu 3347  df-rab 3396  df-v 3438  df-sbc 3737  df-csb 3846  df-dif 3900  df-un 3902  df-in 3904  df-ss 3914  df-pss 3917  df-nul 4283  df-if 4475  df-pw 4551  df-sn 4576  df-pr 4578  df-op 4582  df-uni 4859  df-iun 4943  df-br 5094  df-opab 5156  df-mpt 5175  df-tr 5201  df-id 5514  df-eprel 5519  df-po 5527  df-so 5528  df-fr 5572  df-we 5574  df-xp 5625  df-rel 5626  df-cnv 5627  df-co 5628  df-dm 5629  df-rn 5630  df-res 5631  df-ima 5632  df-pred 6254  df-ord 6315  df-on 6316  df-lim 6317  df-suc 6318  df-iota 6443  df-fun 6489  df-fn 6490  df-f 6491  df-f1 6492  df-fo 6493  df-f1o 6494  df-fv 6495  df-riota 7309  df-ov 7355  df-oprab 7356  df-mpo 7357  df-om 7803  df-2nd 7928  df-frecs 8217  df-wrecs 8248  df-recs 8297  df-rdg 8335  df-er 8628  df-en 8876  df-dom 8877  df-sdom 8878  df-sup 9332  df-inf 9333  df-pnf 11154  df-mnf 11155  df-xr 11156  df-ltxr 11157  df-le 11158  df-sub 11352  df-neg 11353  df-div 11781  df-nn 12132  df-2 12194  df-3 12195  df-n0 12388  df-z 12475  df-uz 12739  df-rp 12897  df-ico 13257  df-seq 13915  df-exp 13975  df-cj 15012  df-re 15013  df-im 15014  df-sqrt 15148  df-abs 15149  df-limsup 15384
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator