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

Theorem xlimpnfv 42523
 Description: A function converges to plus infinity if it eventually becomes (and stays) larger than any given real number. (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Feb-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
xlimpnfv.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
xlimpnfv.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
xlimpnfv.f (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
xlimpnfv (𝜑 → (𝐹~~>*+∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)))
Distinct variable groups:   𝑗,𝐹,𝑘,𝑥   𝑗,𝑀   𝑗,𝑍,𝑘,𝑥   𝜑,𝑗,𝑘,𝑥
Allowed substitution hints:   𝑀(𝑥,𝑘)

Proof of Theorem xlimpnfv
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 xlimpnfv.m . . . . 5 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
21ad2antrr 725 . . . 4 (((𝜑𝐹~~>*+∞) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝑀 ∈ ℤ)
3 xlimpnfv.z . . . 4 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 xlimpnfv.f . . . . 5 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ*)
54ad2antrr 725 . . . 4 (((𝜑𝐹~~>*+∞) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
6 simplr 768 . . . 4 (((𝜑𝐹~~>*+∞) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐹~~>*+∞)
7 simpr 488 . . . 4 (((𝜑𝐹~~>*+∞) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝑥 ∈ ℝ)
82, 3, 5, 6, 7xlimpnfvlem1 42521 . . 3 (((𝜑𝐹~~>*+∞) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘))
98ralrimiva 3149 . 2 ((𝜑𝐹~~>*+∞) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘))
10 nfv 1915 . . . 4 𝑘𝜑
11 nfcv 2955 . . . . 5 𝑘
12 nfcv 2955 . . . . . 6 𝑘𝑍
13 nfra1 3183 . . . . . 6 𝑘𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)
1412, 13nfrex 3268 . . . . 5 𝑘𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)
1511, 14nfralw 3189 . . . 4 𝑘𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)
1610, 15nfan 1900 . . 3 𝑘(𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘))
17 nfv 1915 . . . 4 𝑗𝜑
18 nfcv 2955 . . . . 5 𝑗
19 nfre1 3265 . . . . 5 𝑗𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)
2018, 19nfralw 3189 . . . 4 𝑗𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)
2117, 20nfan 1900 . . 3 𝑗(𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘))
221adantr 484 . . 3 ((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) → 𝑀 ∈ ℤ)
234adantr 484 . . 3 ((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
24 nfv 1915 . . . . . 6 𝑗 𝑦 ∈ ℝ
2521, 24nfan 1900 . . . . 5 𝑗((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
26 simp-4r 783 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → 𝑦 ∈ ℝ)
27 rexr 10679 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℝ*)
2826, 27syl 17 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
29 peano2re 10805 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 + 1) ∈ ℝ)
3029rexrd 10683 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 + 1) ∈ ℝ*)
3126, 30syl 17 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → (𝑦 + 1) ∈ ℝ*)
3243ad2ant1 1130 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
333uztrn2 12253 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → 𝑘𝑍)
34333adant1 1127 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → 𝑘𝑍)
3532, 34ffvelrnd 6830 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ*)
3635ad5ant134 1364 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ*)
3726ltp1d 11562 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → 𝑦 < (𝑦 + 1))
38 simpr 488 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘))
3928, 31, 36, 37, 38xrltletrd 12545 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) ∧ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → 𝑦 < (𝐹𝑘))
4039ex 416 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)) → ((𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘) → 𝑦 < (𝐹𝑘)))
4140ralimdva 3144 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑦 < (𝐹𝑘)))
4241imp 410 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑦 < (𝐹𝑘))
4342adantl3r 749 . . . . . 6 (((((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑦 < (𝐹𝑘))
44433impa 1107 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑦 < (𝐹𝑘))
4529adantl 485 . . . . . . 7 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 + 1) ∈ ℝ)
46 simpl 486 . . . . . . 7 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘))
47 breq1 5034 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝑥 ≤ (𝐹𝑘) ↔ (𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)))
4847ralbidv 3162 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘) ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)))
4948rexbidv 3256 . . . . . . . 8 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘) ↔ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘)))
5049rspcva 3569 . . . . . . 7 (((𝑦 + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘))
5145, 46, 50syl2anc 587 . . . . . 6 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘))
5251adantll 713 . . . . 5 (((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝑦 + 1) ≤ (𝐹𝑘))
5325, 44, 52reximdd 41832 . . . 4 (((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑦 < (𝐹𝑘))
5453ralrimiva 3149 . . 3 ((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑦 < (𝐹𝑘))
5516, 21, 22, 3, 23, 54xlimpnfvlem2 42522 . 2 ((𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)) → 𝐹~~>*+∞)
569, 55impbida 800 1 (𝜑 → (𝐹~~>*+∞ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝑥 ≤ (𝐹𝑘)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2111  ∀wral 3106  ∃wrex 3107   class class class wbr 5031  ⟶wf 6321  ‘cfv 6325  (class class class)co 7136  ℝcr 10528  1c1 10530   + caddc 10532  +∞cpnf 10664  ℝ*cxr 10666   < clt 10667   ≤ cle 10668  ℤcz 11972  ℤ≥cuz 12234  ~~>*clsxlim 42503 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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-sep 5168  ax-nul 5175  ax-pow 5232  ax-pr 5296  ax-un 7444  ax-cnex 10585  ax-resscn 10586  ax-1cn 10587  ax-icn 10588  ax-addcl 10589  ax-addrcl 10590  ax-mulcl 10591  ax-mulrcl 10592  ax-mulcom 10593  ax-addass 10594  ax-mulass 10595  ax-distr 10596  ax-i2m1 10597  ax-1ne0 10598  ax-1rid 10599  ax-rnegex 10600  ax-rrecex 10601  ax-cnre 10602  ax-pre-lttri 10603  ax-pre-lttrn 10604  ax-pre-ltadd 10605  ax-pre-mulgt0 10606 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4802  df-int 4840  df-iun 4884  df-br 5032  df-opab 5094  df-mpt 5112  df-tr 5138  df-id 5426  df-eprel 5431  df-po 5439  df-so 5440  df-fr 5479  df-we 5481  df-xp 5526  df-rel 5527  df-cnv 5528  df-co 5529  df-dm 5530  df-rn 5531  df-res 5532  df-ima 5533  df-pred 6117  df-ord 6163  df-on 6164  df-lim 6165  df-suc 6166  df-iota 6284  df-fun 6327  df-fn 6328  df-f 6329  df-f1 6330  df-fo 6331  df-f1o 6332  df-fv 6333  df-riota 7094  df-ov 7139  df-oprab 7140  df-mpo 7141  df-om 7564  df-1st 7674  df-2nd 7675  df-wrecs 7933  df-recs 7994  df-rdg 8032  df-1o 8088  df-oadd 8092  df-er 8275  df-pm 8395  df-en 8496  df-dom 8497  df-sdom 8498  df-fin 8499  df-fi 8862  df-pnf 10669  df-mnf 10670  df-xr 10671  df-ltxr 10672  df-le 10673  df-sub 10864  df-neg 10865  df-z 11973  df-uz 12235  df-ioo 12733  df-ioc 12734  df-ico 12735  df-icc 12736  df-topgen 16712  df-ordt 16769  df-ps 17805  df-tsr 17806  df-top 21509  df-topon 21526  df-bases 21561  df-lm 21844  df-xlim 42504 This theorem is referenced by:  xlimpnf  42527  xlimpnfliminf  42545  xlimpnfliminf2  42546
 Copyright terms: Public domain W3C validator