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

Theorem limsupubuz 45684
Description: For a real-valued function on a set of upper integers, if the superior limit is not +∞, then the function is bounded above. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupubuz.j 𝑗𝐹
limsupubuz.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
limsupubuz.f (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
limsupubuz.n (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≠ +∞)
Assertion
Ref Expression
limsupubuz (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
Distinct variable groups:   𝑥,𝐹   𝑥,𝑀   𝑗,𝑍,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑗)   𝐹(𝑗)   𝑀(𝑗)

Proof of Theorem limsupubuz
Dummy variables 𝑖 𝑘 𝑙 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nfv 1914 . . . . . 6 𝑙𝜑
2 nfcv 2891 . . . . . 6 𝑙𝐹
3 limsupubuz.z . . . . . . . 8 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 uzssre 12791 . . . . . . . 8 (ℤ𝑀) ⊆ ℝ
53, 4eqsstri 3990 . . . . . . 7 𝑍 ⊆ ℝ
65a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝑍 ⊆ ℝ)
7 limsupubuz.f . . . . . . 7 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
87frexr 45354 . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
9 limsupubuz.n . . . . . 6 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≠ +∞)
101, 2, 6, 8, 9limsupub 45675 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
1110adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝑀 ∈ ℤ) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
12 nfv 1914 . . . . . . . . . . 11 𝑙 𝑀 ∈ ℤ
131, 12nfan 1899 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝜑𝑀 ∈ ℤ)
14 nfv 1914 . . . . . . . . . 10 𝑙 𝑦 ∈ ℝ
1513, 14nfan 1899 . . . . . . . . 9 𝑙((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
16 nfv 1914 . . . . . . . . 9 𝑙 𝑘 ∈ ℝ
1715, 16nfan 1899 . . . . . . . 8 𝑙(((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ)
18 nfra1 3259 . . . . . . . 8 𝑙𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)
1917, 18nfan 1899 . . . . . . 7 𝑙((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
20 nfmpt1 5201 . . . . . . . . . . 11 𝑙(𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙))
2120nfrn 5905 . . . . . . . . . 10 𝑙ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙))
22 nfcv 2891 . . . . . . . . . 10 𝑙
23 nfcv 2891 . . . . . . . . . 10 𝑙 <
2421, 22, 23nfsup 9378 . . . . . . . . 9 𝑙sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < )
25 nfcv 2891 . . . . . . . . 9 𝑙
26 nfcv 2891 . . . . . . . . 9 𝑙𝑦
2724, 25, 26nfbr 5149 . . . . . . . 8 𝑙sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) ≤ 𝑦
2827, 26, 24nfif 4515 . . . . . . 7 𝑙if(sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) ≤ 𝑦, 𝑦, sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ))
29 breq2 5106 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 → (𝑘𝑙𝑘𝑖))
30 fveq2 6840 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑙 = 𝑖 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑖))
3130breq1d 5112 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3229, 31imbi12d 344 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑖 → ((𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)))
3332cbvralvw 3213 . . . . . . . . . 10 (∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3433biimpi 216 . . . . . . . . 9 (∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) → ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3534adantl 481 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
36 simp-4r 783 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝑀 ∈ ℤ)
3735, 36syldan 591 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝑀 ∈ ℤ)
387ad4antr 732 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
3935, 38syldan 591 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
40 simpllr 775 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
4135, 40syldan 591 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
42 simplr 768 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝑘 ∈ ℝ)
4335, 42syldan 591 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝑘 ∈ ℝ)
4433biimpri 228 . . . . . . . 8 (∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦) → ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
4535, 44syl 17 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
46 eqid 2729 . . . . . . 7 if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘)) = if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))
47 eqid 2729 . . . . . . 7 sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) = sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < )
48 eqid 2729 . . . . . . 7 if(sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) ≤ 𝑦, 𝑦, sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < )) = if(sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) ≤ 𝑦, 𝑦, sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ))
4919, 28, 37, 3, 39, 41, 43, 45, 46, 47, 48limsupubuzlem 45683 . . . . . 6 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
5049rexlimdva2 3136 . . . . 5 (((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
5150rexlimdva 3134 . . . 4 ((𝜑𝑀 ∈ ℤ) → (∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
5211, 51mpd 15 . . 3 ((𝜑𝑀 ∈ ℤ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
533a1i 11 . . . . . 6 𝑀 ∈ ℤ → 𝑍 = (ℤ𝑀))
54 uz0 45381 . . . . . 6 𝑀 ∈ ℤ → (ℤ𝑀) = ∅)
5553, 54eqtrd 2764 . . . . 5 𝑀 ∈ ℤ → 𝑍 = ∅)
56 0red 11153 . . . . . 6 (𝑍 = ∅ → 0 ∈ ℝ)
57 rzal 4468 . . . . . 6 (𝑍 = ∅ → ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 0)
58 brralrspcev 5162 . . . . . 6 ((0 ∈ ℝ ∧ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 0) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
5956, 57, 58syl2anc 584 . . . . 5 (𝑍 = ∅ → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
6055, 59syl 17 . . . 4 𝑀 ∈ ℤ → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
6160adantl 481 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑀 ∈ ℤ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
6252, 61pm2.61dan 812 . 2 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
63 limsupubuz.j . . . . . 6 𝑗𝐹
64 nfcv 2891 . . . . . 6 𝑗𝑙
6563, 64nffv 6850 . . . . 5 𝑗(𝐹𝑙)
66 nfcv 2891 . . . . 5 𝑗
67 nfcv 2891 . . . . 5 𝑗𝑥
6865, 66, 67nfbr 5149 . . . 4 𝑗(𝐹𝑙) ≤ 𝑥
69 nfv 1914 . . . 4 𝑙(𝐹𝑗) ≤ 𝑥
70 fveq2 6840 . . . . 5 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
7170breq1d 5112 . . . 4 (𝑙 = 𝑗 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7268, 69, 71cbvralw 3278 . . 3 (∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
7372rexbii 3076 . 2 (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
7462, 73sylib 218 1 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395   = wceq 1540  wcel 2109  wnfc 2876  wne 2925  wral 3044  wrex 3053  wss 3911  c0 4292  ifcif 4484   class class class wbr 5102  cmpt 5183  ran crn 5632  wf 6495  cfv 6499  (class class class)co 7369  supcsup 9367  cr 11043  0cc0 11044  +∞cpnf 11181   < clt 11184  cle 11185  cz 12505  cuz 12769  ...cfz 13444  cceil 13729  lim supclsp 15412
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5229  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5315  ax-pr 5382  ax-un 7691  ax-cnex 11100  ax-resscn 11101  ax-1cn 11102  ax-icn 11103  ax-addcl 11104  ax-addrcl 11105  ax-mulcl 11106  ax-mulrcl 11107  ax-mulcom 11108  ax-addass 11109  ax-mulass 11110  ax-distr 11111  ax-i2m1 11112  ax-1ne0 11113  ax-1rid 11114  ax-rnegex 11115  ax-rrecex 11116  ax-cnre 11117  ax-pre-lttri 11118  ax-pre-lttrn 11119  ax-pre-ltadd 11120  ax-pre-mulgt0 11121  ax-pre-sup 11122
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3403  df-v 3446  df-sbc 3751  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3931  df-nul 4293  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6262  df-ord 6323  df-on 6324  df-lim 6325  df-suc 6326  df-iota 6452  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7326  df-ov 7372  df-oprab 7373  df-mpo 7374  df-om 7823  df-1st 7947  df-2nd 7948  df-frecs 8237  df-wrecs 8268  df-recs 8317  df-rdg 8355  df-1o 8411  df-er 8648  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-sup 9369  df-inf 9370  df-pnf 11186  df-mnf 11187  df-xr 11188  df-ltxr 11189  df-le 11190  df-sub 11383  df-neg 11384  df-nn 12163  df-n0 12419  df-z 12506  df-uz 12770  df-ico 13288  df-fz 13445  df-fl 13730  df-ceil 13731  df-limsup 15413
This theorem is referenced by:  limsupubuzmpt  45690  limsupvaluz2  45709  supcnvlimsup  45711
  Copyright terms: Public domain W3C validator