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

Theorem limsupvaluz 44411
Description: The superior limit, when the domain of the function is a set of upper integers (the first condition is needed, otherwise the l.h.s. would be -∞ and the r.h.s. would be +∞). (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
limsupvaluz.m (πœ‘ β†’ 𝑀 ∈ β„€)
limsupvaluz.z 𝑍 = (β„€β‰₯β€˜π‘€)
limsupvaluz.f (πœ‘ β†’ 𝐹:π‘βŸΆβ„*)
Assertion
Ref Expression
limsupvaluz (πœ‘ β†’ (lim supβ€˜πΉ) = inf(ran (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
Distinct variable groups:   π‘˜,𝐹   π‘˜,𝑍
Allowed substitution hints:   πœ‘(π‘˜)   𝑀(π‘˜)

Proof of Theorem limsupvaluz
Dummy variables 𝑖 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eqid 2733 . . 3 (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
2 limsupvaluz.f . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝐹:π‘βŸΆβ„*)
3 limsupvaluz.z . . . . . 6 𝑍 = (β„€β‰₯β€˜π‘€)
43fvexi 6903 . . . . 5 𝑍 ∈ V
54a1i 11 . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝑍 ∈ V)
62, 5fexd 7226 . . 3 (πœ‘ β†’ 𝐹 ∈ V)
7 uzssre 12841 . . . . 5 (β„€β‰₯β€˜π‘€) βŠ† ℝ
83, 7eqsstri 4016 . . . 4 𝑍 βŠ† ℝ
98a1i 11 . . 3 (πœ‘ β†’ 𝑍 βŠ† ℝ)
10 limsupvaluz.m . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝑀 ∈ β„€)
113uzsup 13825 . . . 4 (𝑀 ∈ β„€ β†’ sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
1210, 11syl 17 . . 3 (πœ‘ β†’ sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
131, 6, 9, 12limsupval2 15421 . 2 (πœ‘ β†’ (lim supβ€˜πΉ) = inf(((𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) β€œ 𝑍), ℝ*, < ))
149mptima2 43936 . . . 4 (πœ‘ β†’ ((𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) β€œ 𝑍) = ran (𝑖 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
15 oveq1 7413 . . . . . . . . . . 11 (𝑖 = 𝑛 β†’ (𝑖[,)+∞) = (𝑛[,)+∞))
1615imaeq2d 6058 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑛 β†’ (𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) = (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)))
1716ineq1d 4211 . . . . . . . . 9 (𝑖 = 𝑛 β†’ ((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*))
1817supeq1d 9438 . . . . . . . 8 (𝑖 = 𝑛 β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
1918cbvmptv 5261 . . . . . . 7 (𝑖 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
2019a1i 11 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ (𝑖 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
21 fimass 6736 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:π‘βŸΆβ„* β†’ (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) βŠ† ℝ*)
222, 21syl 17 . . . . . . . . . . 11 (πœ‘ β†’ (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) βŠ† ℝ*)
23 df-ss 3965 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) βŠ† ℝ* ↔ ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)))
2423biimpi 215 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) βŠ† ℝ* β†’ ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)))
2522, 24syl 17 . . . . . . . . . 10 (πœ‘ β†’ ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)))
2625adantr 482 . . . . . . . . 9 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*) = (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)))
27 df-ima 5689 . . . . . . . . . 10 (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) = ran (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞))
2827a1i 11 . . . . . . . . 9 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ (𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) = ran (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞)))
292freld 6721 . . . . . . . . . . . . 13 (πœ‘ β†’ Rel 𝐹)
30 resindm 6029 . . . . . . . . . . . . 13 (Rel 𝐹 β†’ (𝐹 β†Ύ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹)) = (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞)))
3129, 30syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (πœ‘ β†’ (𝐹 β†Ύ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹)) = (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞)))
3231adantr 482 . . . . . . . . . . 11 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ (𝐹 β†Ύ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹)) = (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞)))
33 incom 4201 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑛[,)+∞) ∩ 𝑍) = (𝑍 ∩ (𝑛[,)+∞))
343ineq1i 4208 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑍 ∩ (𝑛[,)+∞)) = ((β„€β‰₯β€˜π‘€) ∩ (𝑛[,)+∞))
3533, 34eqtri 2761 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑛[,)+∞) ∩ 𝑍) = ((β„€β‰₯β€˜π‘€) ∩ (𝑛[,)+∞))
3635a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ ((𝑛[,)+∞) ∩ 𝑍) = ((β„€β‰₯β€˜π‘€) ∩ (𝑛[,)+∞)))
372fdmd 6726 . . . . . . . . . . . . . . 15 (πœ‘ β†’ dom 𝐹 = 𝑍)
3837ineq2d 4212 . . . . . . . . . . . . . 14 (πœ‘ β†’ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹) = ((𝑛[,)+∞) ∩ 𝑍))
3938adantr 482 . . . . . . . . . . . . 13 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹) = ((𝑛[,)+∞) ∩ 𝑍))
403eleq2i 2826 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ 𝑍 ↔ 𝑛 ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
4140biimpi 215 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ 𝑍 β†’ 𝑛 ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
4241adantl 483 . . . . . . . . . . . . . 14 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ 𝑛 ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
4342uzinico2 44262 . . . . . . . . . . . . 13 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ (β„€β‰₯β€˜π‘›) = ((β„€β‰₯β€˜π‘€) ∩ (𝑛[,)+∞)))
4436, 39, 433eqtr4d 2783 . . . . . . . . . . . 12 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹) = (β„€β‰₯β€˜π‘›))
4544reseq2d 5980 . . . . . . . . . . 11 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ (𝐹 β†Ύ ((𝑛[,)+∞) ∩ dom 𝐹)) = (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)))
4632, 45eqtr3d 2775 . . . . . . . . . 10 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞)) = (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)))
4746rneqd 5936 . . . . . . . . 9 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ ran (𝐹 β†Ύ (𝑛[,)+∞)) = ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)))
4826, 28, 473eqtrd 2777 . . . . . . . 8 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ ((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*) = ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)))
4948supeq1d 9438 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) β†’ sup(((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < ))
5049mpteq2dva 5248 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑛[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )))
5120, 50eqtrd 2773 . . . . 5 (πœ‘ β†’ (𝑖 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )))
5251rneqd 5936 . . . 4 (πœ‘ β†’ ran (𝑖 ∈ 𝑍 ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )))
5314, 52eqtrd 2773 . . 3 (πœ‘ β†’ ((𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) β€œ 𝑍) = ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )))
5453infeq1d 9469 . 2 (πœ‘ β†’ inf(((𝑖 ∈ ℝ ↦ sup(((𝐹 β€œ (𝑖[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) β€œ 𝑍), ℝ*, < ) = inf(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
55 fveq2 6889 . . . . . . . . 9 (𝑛 = π‘˜ β†’ (β„€β‰₯β€˜π‘›) = (β„€β‰₯β€˜π‘˜))
5655reseq2d 5980 . . . . . . . 8 (𝑛 = π‘˜ β†’ (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)) = (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)))
5756rneqd 5936 . . . . . . 7 (𝑛 = π‘˜ β†’ ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)) = ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)))
5857supeq1d 9438 . . . . . 6 (𝑛 = π‘˜ β†’ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < ) = sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < ))
5958cbvmptv 5261 . . . . 5 (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )) = (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < ))
6059rneqi 5935 . . . 4 ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )) = ran (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < ))
6160infeq1i 9470 . . 3 inf(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = inf(ran (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < )), ℝ*, < )
6261a1i 11 . 2 (πœ‘ β†’ inf(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘›)), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = inf(ran (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
6313, 54, 623eqtrd 2777 1 (πœ‘ β†’ (lim supβ€˜πΉ) = inf(ran (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ sup(ran (𝐹 β†Ύ (β„€β‰₯β€˜π‘˜)), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1542   ∈ wcel 2107  Vcvv 3475   ∩ cin 3947   βŠ† wss 3948   ↦ cmpt 5231  dom cdm 5676  ran crn 5677   β†Ύ cres 5678   β€œ cima 5679  Rel wrel 5681  βŸΆwf 6537  β€˜cfv 6541  (class class class)co 7406  supcsup 9432  infcinf 9433  β„cr 11106  +∞cpnf 11242  β„*cxr 11244   < clt 11245  β„€cz 12555  β„€β‰₯cuz 12819  [,)cico 13323  lim supclsp 15411
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7722  ax-cnex 11163  ax-resscn 11164  ax-1cn 11165  ax-icn 11166  ax-addcl 11167  ax-addrcl 11168  ax-mulcl 11169  ax-mulrcl 11170  ax-mulcom 11171  ax-addass 11172  ax-mulass 11173  ax-distr 11174  ax-i2m1 11175  ax-1ne0 11176  ax-1rid 11177  ax-rnegex 11178  ax-rrecex 11179  ax-cnre 11180  ax-pre-lttri 11181  ax-pre-lttrn 11182  ax-pre-ltadd 11183  ax-pre-mulgt0 11184  ax-pre-sup 11185
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6298  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6493  df-fun 6543  df-fn 6544  df-f 6545  df-f1 6546  df-fo 6547  df-f1o 6548  df-fv 6549  df-riota 7362  df-ov 7409  df-oprab 7410  df-mpo 7411  df-om 7853  df-1st 7972  df-2nd 7973  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8368  df-rdg 8407  df-er 8700  df-en 8937  df-dom 8938  df-sdom 8939  df-sup 9434  df-inf 9435  df-pnf 11247  df-mnf 11248  df-xr 11249  df-ltxr 11250  df-le 11251  df-sub 11443  df-neg 11444  df-nn 12210  df-n0 12470  df-z 12556  df-uz 12820  df-ico 13327  df-fl 13754  df-limsup 15412
This theorem is referenced by:  limsupvaluzmpt  44420  limsupvaluz2  44441  limsupgtlem  44480
  Copyright terms: Public domain W3C validator