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 46071
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 1916 . . . . . 6 𝑙𝜑
2 nfcv 2899 . . . . . 6 𝑙𝐹
3 limsupubuz.z . . . . . . . 8 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 uzssre 12785 . . . . . . . 8 (ℤ𝑀) ⊆ ℝ
53, 4eqsstri 3982 . . . . . . 7 𝑍 ⊆ ℝ
65a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝑍 ⊆ ℝ)
7 limsupubuz.f . . . . . . 7 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
87frexr 45743 . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
9 limsupubuz.n . . . . . 6 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ≠ +∞)
101, 2, 6, 8, 9limsupub 46062 . . . . 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 1916 . . . . . . . . . . 11 𝑙 𝑀 ∈ ℤ
131, 12nfan 1901 . . . . . . . . . 10 𝑙(𝜑𝑀 ∈ ℤ)
14 nfv 1916 . . . . . . . . . 10 𝑙 𝑦 ∈ ℝ
1513, 14nfan 1901 . . . . . . . . 9 𝑙((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
16 nfv 1916 . . . . . . . . 9 𝑙 𝑘 ∈ ℝ
1715, 16nfan 1901 . . . . . . . 8 𝑙(((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ)
18 nfra1 3262 . . . . . . . 8 𝑙𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)
1917, 18nfan 1901 . . . . . . 7 𝑙((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦))
20 nfmpt1 5199 . . . . . . . . . . 11 𝑙(𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙))
2120nfrn 5909 . . . . . . . . . 10 𝑙ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙))
22 nfcv 2899 . . . . . . . . . 10 𝑙
23 nfcv 2899 . . . . . . . . . 10 𝑙 <
2421, 22, 23nfsup 9366 . . . . . . . . 9 𝑙sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < )
25 nfcv 2899 . . . . . . . . 9 𝑙
26 nfcv 2899 . . . . . . . . 9 𝑙𝑦
2724, 25, 26nfbr 5147 . . . . . . . 8 𝑙sup(ran (𝑙 ∈ (𝑀...if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))) ↦ (𝐹𝑙)), ℝ, < ) ≤ 𝑦
2827, 26, 24nfif 4512 . . . . . . 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 5104 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 → (𝑘𝑙𝑘𝑖))
30 fveq2 6842 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑙 = 𝑖 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑖))
3130breq1d 5110 . . . . . . . . . . . 12 (𝑙 = 𝑖 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑦 ↔ (𝐹𝑖) ≤ 𝑦))
3229, 31imbi12d 344 . . . . . . . . . . 11 (𝑙 = 𝑖 → ((𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) ↔ (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)))
3332cbvralvw 3216 . . . . . . . . . 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 784 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝑀 ∈ ℤ)
3735, 36syldan 592 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝑀 ∈ ℤ)
387ad4antr 733 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
3935, 38syldan 592 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
40 simpllr 776 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
4135, 40syldan 592 . . . . . . 7 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
42 simplr 769 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑖𝑍 (𝑘𝑖 → (𝐹𝑖) ≤ 𝑦)) → 𝑘 ∈ ℝ)
4335, 42syldan 592 . . . . . . 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 2737 . . . . . . 7 if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘)) = if((⌈‘𝑘) ≤ 𝑀, 𝑀, (⌈‘𝑘))
47 eqid 2737 . . . . . . 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 2737 . . . . . . 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 46070 . . . . . 6 (((((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
5049rexlimdva2 3141 . . . . 5 (((𝜑𝑀 ∈ ℤ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝑘𝑙 → (𝐹𝑙) ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥))
5150rexlimdva 3139 . . . 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 45770 . . . . . 6 𝑀 ∈ ℤ → (ℤ𝑀) = ∅)
5553, 54eqtrd 2772 . . . . 5 𝑀 ∈ ℤ → 𝑍 = ∅)
56 0red 11147 . . . . . 6 (𝑍 = ∅ → 0 ∈ ℝ)
57 rzal 4449 . . . . . 6 (𝑍 = ∅ → ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 0)
58 brralrspcev 5160 . . . . . 6 ((0 ∈ ℝ ∧ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 0) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
5956, 57, 58syl2anc 585 . . . . 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 813 . 2 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥)
63 limsupubuz.j . . . . . 6 𝑗𝐹
64 nfcv 2899 . . . . . 6 𝑗𝑙
6563, 64nffv 6852 . . . . 5 𝑗(𝐹𝑙)
66 nfcv 2899 . . . . 5 𝑗
67 nfcv 2899 . . . . 5 𝑗𝑥
6865, 66, 67nfbr 5147 . . . 4 𝑗(𝐹𝑙) ≤ 𝑥
69 nfv 1916 . . . 4 𝑙(𝐹𝑗) ≤ 𝑥
70 fveq2 6842 . . . . 5 (𝑙 = 𝑗 → (𝐹𝑙) = (𝐹𝑗))
7170breq1d 5110 . . . 4 (𝑙 = 𝑗 → ((𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ (𝐹𝑗) ≤ 𝑥))
7268, 69, 71cbvralw 3280 . . 3 (∀𝑙𝑍 (𝐹𝑙) ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑗𝑍 (𝐹𝑗) ≤ 𝑥)
7372rexbii 3085 . 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 1542  wcel 2114  wnfc 2884  wne 2933  wral 3052  wrex 3062  wss 3903  c0 4287  ifcif 4481   class class class wbr 5100  cmpt 5181  ran crn 5633  wf 6496  cfv 6500  (class class class)co 7368  supcsup 9355  cr 11037  0cc0 11038  +∞cpnf 11175   < clt 11178  cle 11179  cz 12500  cuz 12763  ...cfz 13435  cceil 13723  lim supclsp 15405
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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-1o 8407  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-sup 9357  df-inf 9358  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-nn 12158  df-n0 12414  df-z 12501  df-uz 12764  df-ico 13279  df-fz 13436  df-fl 13724  df-ceil 13725  df-limsup 15406
This theorem is referenced by:  limsupubuzmpt  46077  limsupvaluz2  46096  supcnvlimsup  46098
  Copyright terms: Public domain W3C validator