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 46369
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 5112 . . . . . 6 (𝑏 = 𝑦 → ((abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏 ↔ (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦))
65imbi2d 343 . . . . 5 (𝑏 = 𝑦 → ((𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
76ralbidv 3186 . . . 4 (𝑏 = 𝑦 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
8 breq1 5111 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑖 → (𝑘𝑗𝑖𝑗))
98imbi1d 344 . . . . . 6 (𝑘 = 𝑖 → ((𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
109ralbidv 3186 . . . . 5 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑗𝐴 (𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)))
11 nfv 1942 . . . . . . 7 𝑥(𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦)
12 nfv 1942 . . . . . . . 8 𝑗 𝑖𝑥
13 nfcv 2923 . . . . . . . . . 10 𝑗abs
14 limsupref.j . . . . . . . . . . 11 𝑗𝐹
15 nfcv 2923 . . . . . . . . . . 11 𝑗𝑥
1614, 15nffv 6891 . . . . . . . . . 10 𝑗(𝐹𝑥)
1713, 16nffv 6891 . . . . . . . . 9 𝑗(abs‘(𝐹𝑥))
18 nfcv 2923 . . . . . . . . 9 𝑗
19 nfcv 2923 . . . . . . . . 9 𝑗𝑦
2017, 18, 19nfbr 5157 . . . . . . . 8 𝑗(abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦
2112, 20nfim 1924 . . . . . . 7 𝑗(𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)
22 breq2 5112 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑥 → (𝑖𝑗𝑖𝑥))
23 2fveq3 6886 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑥 → (abs‘(𝐹𝑗)) = (abs‘(𝐹𝑥)))
2423breq1d 5118 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑥 → ((abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦 ↔ (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
2522, 24imbi12d 347 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑥 → ((𝑖𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)))
2611, 21, 25cbvralw 3305 . . . . . 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 282 . . . 4 (𝑘 = 𝑖 → (∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦)))
297, 28cbvrex2vw 3246 . . 3 (∃𝑏 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑗𝐴 (𝑘𝑗 → (abs‘(𝐹𝑗)) ≤ 𝑏) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
304, 29sylib 221 . 2 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑖 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑖𝑥 → (abs‘(𝐹𝑥)) ≤ 𝑦))
311, 2, 3, 30limsupre 46325 1 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209   = wceq 1568  wcel 2141  wnfc 2908  wral 3077  wrex 3087  wss 3904   class class class wbr 5108  wf 6532  cfv 6536  supcsup 9399  cr 11098  +∞cpnf 11239  *cxr 11241   < clt 11242  cle 11243  abscabs 15284  lim supclsp 15520
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1823  ax-4 1837  ax-5 1938  ax-6 1995  ax-7 2036  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-rep 5237  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11155  ax-resscn 11156  ax-1cn 11157  ax-icn 11158  ax-addcl 11159  ax-addrcl 11160  ax-mulcl 11161  ax-mulrcl 11162  ax-mulcom 11163  ax-addass 11164  ax-mulass 11165  ax-distr 11166  ax-i2m1 11167  ax-1ne0 11168  ax-1rid 11169  ax-rnegex 11170  ax-rrecex 11171  ax-cnre 11172  ax-pre-lttri 11173  ax-pre-lttrn 11174  ax-pre-ltadd 11175  ax-pre-mulgt0 11176  ax-pre-sup 11177
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1571  df-fal 1581  df-ex 1808  df-nf 1812  df-sb 2095  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4595  df-uni 4872  df-iun 4957  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7862  df-2nd 7986  df-frecs 8277  df-wrecs 8308  df-recs 8357  df-rdg 8396  df-er 8693  df-en 8943  df-dom 8944  df-sdom 8945  df-sup 9401  df-inf 9402  df-pnf 11244  df-mnf 11245  df-xr 11246  df-ltxr 11247  df-le 11248  df-sub 11442  df-neg 11443  df-div 11871  df-nn 12233  df-2 12302  df-3 12303  df-n0 12504  df-z 12591  df-uz 12862  df-rp 13016  df-ico 13377  df-seq 14037  df-exp 14097  df-cj 15149  df-re 15150  df-im 15151  df-sqrt 15285  df-abs 15286  df-limsup 15521
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator