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 44074
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 1917 . . . . . 6 𝑙𝜑
2 nfcv 2902 . . . . . 6 𝑙𝐹
3 limsupubuz.z . . . . . . . 8 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 uzssre 12794 . . . . . . . 8 (ℤ𝑀) ⊆ ℝ
53, 4eqsstri 3981 . . . . . . 7 𝑍 ⊆ ℝ
65a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝑍 ⊆ ℝ)
7 limsupubuz.f . . . . . . 7 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
87frexr 43740 . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
9 limsupubuz.n . . . . . 6 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≠ +∞)
101, 2, 6, 8, 9limsupub 44065 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
1110adantr 481 . . . 4 ((𝜑𝑀 ∈ ℤ) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
12 nfv 1917 . . . . . . . . . . 11 𝑙 𝑀 ∈ ℤ
131, 12nfan 1902 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝜑𝑀 ∈ ℤ)
14 nfv 1917 . . . . . . . . . 10 𝑙 𝑦 ∈ ℝ
1513, 14nfan 1902 . . . . . . . . 9 𝑙((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
16 nfv 1917 . . . . . . . . 9 𝑙 𝑘 ∈ ℝ
1715, 16nfan 1902 . . . . . . . 8 𝑙(((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ)
18 nfra1 3265 . . . . . . . 8 𝑙𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)
1917, 18nfan 1902 . . . . . . 7 𝑙((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
20 nfmpt1 5218 . . . . . . . . . . 11 𝑙(𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙))
2120nfrn 5912 . . . . . . . . . 10 𝑙ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙))
22 nfcv 2902 . . . . . . . . . 10 𝑙
23 nfcv 2902 . . . . . . . . . 10 𝑙 <
2421, 22, 23nfsup 9396 . . . . . . . . 9 𝑙sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < )
25 nfcv 2902 . . . . . . . . 9 𝑙
26 nfcv 2902 . . . . . . . . 9 𝑙𝑦
2724, 25, 26nfbr 5157 . . . . . . . 8 𝑙sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) ≤ 𝑦
2827, 26, 24nfif 4521 . . . . . . 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 5114 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 → (𝑘𝑙𝑘𝑖))
30 fveq2 6847 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑙 = 𝑖 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑖))
3130breq1d 5120 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3229, 31imbi12d 344 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑖 → ((𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)))
3332cbvralvw 3223 . . . . . . . . . 10 (∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3433biimpi 215 . . . . . . . . 9 (∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) → ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3534adantl 482 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
36 simp-4r 782 . . . . . . . 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 730 . . . . . . . 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 774 . . . . . . . 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 767 . . . . . . . 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 227 . . . . . . . 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 2731 . . . . . . 7 if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘)) = if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))
47 eqid 2731 . . . . . . 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 2731 . . . . . . 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 44073 . . . . . 6 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
5049rexlimdva2 3150 . . . . 5 (((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
5150rexlimdva 3148 . . . 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 43767 . . . . . 6 𝑀 ∈ ℤ → (ℤ𝑀) = ∅)
5553, 54eqtrd 2771 . . . . 5 𝑀 ∈ ℤ → 𝑍 = ∅)
56 0red 11167 . . . . . 6 (𝑍 = ∅ → 0 ∈ ℝ)
57 rzal 4471 . . . . . 6 (𝑍 = ∅ → ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 0)
58 brralrspcev 5170 . . . . . 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 482 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑀 ∈ ℤ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
6252, 61pm2.61dan 811 . 2 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
63 limsupubuz.j . . . . . 6 𝑗𝐹
64 nfcv 2902 . . . . . 6 𝑗𝑙
6563, 64nffv 6857 . . . . 5 𝑗(𝐹𝑙)
66 nfcv 2902 . . . . 5 𝑗
67 nfcv 2902 . . . . 5 𝑗𝑥
6865, 66, 67nfbr 5157 . . . 4 𝑗(𝐹𝑙) ≤ 𝑥
69 nfv 1917 . . . 4 𝑙(𝐹𝑗) ≤ 𝑥
70 fveq2 6847 . . . . 5 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
7170breq1d 5120 . . . 4 (𝑙 = 𝑗 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7268, 69, 71cbvralw 3287 . . 3 (∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
7372rexbii 3093 . 2 (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
7462, 73sylib 217 1 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 396   = wceq 1541  wcel 2106  wnfc 2882  wne 2939  wral 3060  wrex 3069  wss 3913  c0 4287  ifcif 4491   class class class wbr 5110  cmpt 5193  ran crn 5639  wf 6497  cfv 6501  (class class class)co 7362  supcsup 9385  cr 11059  0cc0 11060  +∞cpnf 11195   < clt 11198  cle 11199  cz 12508  cuz 12772  ...cfz 13434  cceil 13706  lim supclsp 15364
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 2702  ax-rep 5247  ax-sep 5261  ax-nul 5268  ax-pow 5325  ax-pr 5389  ax-un 7677  ax-cnex 11116  ax-resscn 11117  ax-1cn 11118  ax-icn 11119  ax-addcl 11120  ax-addrcl 11121  ax-mulcl 11122  ax-mulrcl 11123  ax-mulcom 11124  ax-addass 11125  ax-mulass 11126  ax-distr 11127  ax-i2m1 11128  ax-1ne0 11129  ax-1rid 11130  ax-rnegex 11131  ax-rrecex 11132  ax-cnre 11133  ax-pre-lttri 11134  ax-pre-lttrn 11135  ax-pre-ltadd 11136  ax-pre-mulgt0 11137  ax-pre-sup 11138
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 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3406  df-v 3448  df-sbc 3743  df-csb 3859  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3932  df-nul 4288  df-if 4492  df-pw 4567  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4871  df-iun 4961  df-br 5111  df-opab 5173  df-mpt 5194  df-tr 5228  df-id 5536  df-eprel 5542  df-po 5550  df-so 5551  df-fr 5593  df-we 5595  df-xp 5644  df-rel 5645  df-cnv 5646  df-co 5647  df-dm 5648  df-rn 5649  df-res 5650  df-ima 5651  df-pred 6258  df-ord 6325  df-on 6326  df-lim 6327  df-suc 6328  df-iota 6453  df-fun 6503  df-fn 6504  df-f 6505  df-f1 6506  df-fo 6507  df-f1o 6508  df-fv 6509  df-riota 7318  df-ov 7365  df-oprab 7366  df-mpo 7367  df-om 7808  df-1st 7926  df-2nd 7927  df-frecs 8217  df-wrecs 8248  df-recs 8322  df-rdg 8361  df-1o 8417  df-er 8655  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-fin 8894  df-sup 9387  df-inf 9388  df-pnf 11200  df-mnf 11201  df-xr 11202  df-ltxr 11203  df-le 11204  df-sub 11396  df-neg 11397  df-nn 12163  df-n0 12423  df-z 12509  df-uz 12773  df-ico 13280  df-fz 13435  df-fl 13707  df-ceil 13708  df-limsup 15365
This theorem is referenced by:  limsupubuzmpt  44080  limsupvaluz2  44099  supcnvlimsup  44101
  Copyright terms: Public domain W3C validator