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

Theorem liminfvalxr 40516
Description: Alternate definition of lim inf when 𝐹 is an extended real valued function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
liminfvalxr.1 𝑥𝐹
liminfvalxr.2 (𝜑𝐴𝑉)
liminfvalxr.3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
Assertion
Ref Expression
liminfvalxr (𝜑 → (lim inf‘𝐹) = -𝑒(lim sup‘(𝑥𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑥))))
Distinct variable group:   𝑥,𝐴
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐹(𝑥)   𝑉(𝑥)

Proof of Theorem liminfvalxr
Dummy variables 𝑘 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nftru 1877 . . . . . . 7 𝑘
2 inss2 3975 . . . . . . . . 9 ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*
3 infxrcl 12354 . . . . . . . . 9 (((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ* → inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
42, 3ax-mp 5 . . . . . . . 8 inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*
54a1i 11 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
61, 5supminfxrrnmpt 40197 . . . . . 6 (⊤ → sup(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
76trud 1640 . . . . 5 sup(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < )
87a1i 11 . . . 4 (𝜑 → sup(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
9 tru 1634 . . . . . . . . . . 11
10 inss2 3975 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*
1110a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (⊤ → (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*)
1211supminfxr2 40195 . . . . . . . . . . 11 (⊤ → sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ))
139, 12ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < )
1413a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ))
15 elinel1 3940 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) → -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)))
16 nfmpt1 4897 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝑦(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))
17 xnegex 12230 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 -𝑒(𝐹𝑦) ∈ V
18 eqid 2758 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) = (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))
1917, 18fnmpti 6181 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) Fn 𝐴
2019a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑 → (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) Fn 𝐴)
2120adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞))) → (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) Fn 𝐴)
22 simpr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞))) → -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)))
2316, 21, 22fvelimad 39955 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞))) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧)
24233adant2 1126 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞))) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧)
2515, 24syl3an3 1170 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧)
26 elinel2 3941 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) → -𝑒𝑧 ∈ ℝ*)
27 elinel1 3940 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦𝐴)
2817a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) → -𝑒(𝐹𝑦) ∈ V)
2918fvmpt2 6451 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑦𝐴 ∧ -𝑒(𝐹𝑦) ∈ V) → ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒(𝐹𝑦))
3027, 28, 29syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) → ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒(𝐹𝑦))
3130eqcomd 2764 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) → -𝑒(𝐹𝑦) = ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦))
3231adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) ∧ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧) → -𝑒(𝐹𝑦) = ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦))
33 simpr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) ∧ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧) → ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧)
3432, 33eqtrd 2792 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) ∧ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧) → -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧)
3534adantll 752 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧) → -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧)
36 eqcom 2765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (-𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧 ↔ -𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
3736biimpi 206 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (-𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧 → -𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
3837adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧) → -𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
39 simplr 809 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → 𝑧 ∈ ℝ*)
40 liminfvalxr.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ*)
4140adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → 𝐹:𝐴⟶ℝ*)
4227adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → 𝑦𝐴)
4341, 42ffvelrnd 6521 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → (𝐹𝑦) ∈ ℝ*)
4443adantlr 753 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → (𝐹𝑦) ∈ ℝ*)
45 xneg11 12237 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) ∈ ℝ*) → (-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦) ↔ 𝑧 = (𝐹𝑦)))
4639, 44, 45syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → (-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦) ↔ 𝑧 = (𝐹𝑦)))
4746adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧) → (-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦) ↔ 𝑧 = (𝐹𝑦)))
4838, 47mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧) → 𝑧 = (𝐹𝑦))
4940ffund 6208 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝜑 → Fun 𝐹)
5049, 27anim12i 591 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → (Fun 𝐹𝑦𝐴))
5150simpld 477 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → Fun 𝐹)
5240fdmd 39917 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝜑 → dom 𝐹 = 𝐴)
5352eqcomd 2764 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝜑𝐴 = dom 𝐹)
5453adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → 𝐴 = dom 𝐹)
5542, 54eleqtrd 2839 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → 𝑦 ∈ dom 𝐹)
5651, 55jca 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → (Fun 𝐹𝑦 ∈ dom 𝐹))
57 elinel2 3941 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞)) → 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞))
5857adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → 𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞))
59 funfvima 6653 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((Fun 𝐹𝑦 ∈ dom 𝐹) → (𝑦 ∈ (𝑘[,)+∞) → (𝐹𝑦) ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞))))
6056, 58, 59sylc 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) → (𝐹𝑦) ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
6160ad4ant13 1207 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧) → (𝐹𝑦) ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
6248, 61eqeltrd 2837 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒𝑧) → 𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
6335, 62syldan 488 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))) ∧ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧) → 𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
6463rexlimdva2 39836 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ*) → (∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞))))
65643adant3 1127 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ ℝ*) → (∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞))))
6626, 65syl3an3 1170 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → (∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))‘𝑦) = -𝑒𝑧𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞))))
6725, 66mpd 15 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ* ∧ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → 𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
6867rabssdv 3821 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)} ⊆ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
69 ssrab2 3826 . . . . . . . . . . . . . 14 {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)} ⊆ ℝ*
7069a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)} ⊆ ℝ*)
7168, 70ssind 3978 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)} ⊆ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
722a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ ℝ*)
7340ffnd 6205 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝐹 Fn 𝐴)
7473adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → 𝐹 Fn 𝐴)
75 elinel1 3940 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) → 𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
7675adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → 𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞)))
77 fvelima2 39972 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝐹 Fn 𝐴𝑧 ∈ (𝐹 “ (𝑘[,)+∞))) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))(𝐹𝑦) = 𝑧)
7874, 76, 77syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))(𝐹𝑦) = 𝑧)
79 elinel2 3941 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) → 𝑧 ∈ ℝ*)
80 eqcom 2765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝐹𝑦) = 𝑧𝑧 = (𝐹𝑦))
8180biimpi 206 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝐹𝑦) = 𝑧𝑧 = (𝐹𝑦))
8281adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → 𝑧 = (𝐹𝑦))
8382xnegeqd 40160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → -𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
84 simpl 474 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → 𝑧 ∈ ℝ*)
8582, 84eqeltrrd 2838 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → (𝐹𝑦) ∈ ℝ*)
8684, 85, 45syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → (-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦) ↔ 𝑧 = (𝐹𝑦)))
8783, 86mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → 𝑧 = (𝐹𝑦))
8887xnegeqd 40160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑧 ∈ ℝ* ∧ (𝐹𝑦) = 𝑧) → -𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
8988ex 449 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑧 ∈ ℝ* → ((𝐹𝑦) = 𝑧 → -𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦)))
9089reximdv 3152 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧 ∈ ℝ* → (∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))(𝐹𝑦) = 𝑧 → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦)))
9179, 90syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) → (∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))(𝐹𝑦) = 𝑧 → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦)))
9291adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → (∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))(𝐹𝑦) = 𝑧 → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦)))
9378, 92mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
94 xnegex 12230 . . . . . . . . . . . . . . . 16 -𝑒𝑧 ∈ V
95 elmptima 39970 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-𝑒𝑧 ∈ V → (-𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ↔ ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦)))
9694, 95ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ↔ ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∩ (𝑘[,)+∞))-𝑒𝑧 = -𝑒(𝐹𝑦))
9793, 96sylibr 224 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → -𝑒𝑧 ∈ ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)))
9872sselda 3742 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → 𝑧 ∈ ℝ*)
9998xnegcld 12321 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → -𝑒𝑧 ∈ ℝ*)
10097, 99elind 3939 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑧 ∈ ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)) → -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
10172, 100ssrabdv 3820 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*) ⊆ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)})
10271, 101eqssd 3759 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)} = ((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*))
103102infeq1d 8546 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ) = inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
104103xnegeqd 40160 . . . . . . . . 9 (𝜑 → -𝑒inf({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ (((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*)}, ℝ*, < ) = -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
10514, 104eqtr2d 2793 . . . . . . . 8 (𝜑 → -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ) = sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
106105mpteq2dv 4895 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
107106rneqd 5506 . . . . . 6 (𝜑 → ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )))
108107infeq1d 8546 . . . . 5 (𝜑 → inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
109108xnegeqd 40160 . . . 4 (𝜑 → -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ -𝑒inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
1108, 109eqtrd 2792 . . 3 (𝜑 → sup(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ) = -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
111 liminfvalxr.2 . . . . 5 (𝜑𝐴𝑉)
11240, 111fexd 39793 . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ V)
113 eqid 2758 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
114113liminfval 40492 . . . 4 (𝐹 ∈ V → (lim inf‘𝐹) = sup(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
115112, 114syl 17 . . 3 (𝜑 → (lim inf‘𝐹) = sup(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ inf(((𝐹 “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
116111mptexd 6649 . . . . 5 (𝜑 → (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) ∈ V)
117 eqid 2758 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )) = (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < ))
118117limsupval 14402 . . . . 5 ((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) ∈ V → (lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))) = inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
119116, 118syl 17 . . . 4 (𝜑 → (lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))) = inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
120119xnegeqd 40160 . . 3 (𝜑 → -𝑒(lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))) = -𝑒inf(ran (𝑘 ∈ ℝ ↦ sup((((𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) “ (𝑘[,)+∞)) ∩ ℝ*), ℝ*, < )), ℝ*, < ))
121110, 115, 1203eqtr4d 2802 . 2 (𝜑 → (lim inf‘𝐹) = -𝑒(lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))))
122 liminfvalxr.1 . . . . . . . 8 𝑥𝐹
123 nfcv 2900 . . . . . . . 8 𝑥𝑦
124122, 123nffv 6357 . . . . . . 7 𝑥(𝐹𝑦)
125124nfxneg 40187 . . . . . 6 𝑥-𝑒(𝐹𝑦)
126 nfcv 2900 . . . . . 6 𝑦-𝑒(𝐹𝑥)
127 fveq2 6350 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → (𝐹𝑦) = (𝐹𝑥))
128127xnegeqd 40160 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → -𝑒(𝐹𝑦) = -𝑒(𝐹𝑥))
129125, 126, 128cbvmpt 4899 . . . . 5 (𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦)) = (𝑥𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑥))
130129fveq2i 6353 . . . 4 (lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))) = (lim sup‘(𝑥𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑥)))
131130xnegeqi 40163 . . 3 -𝑒(lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))) = -𝑒(lim sup‘(𝑥𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑥)))
132131a1i 11 . 2 (𝜑 → -𝑒(lim sup‘(𝑦𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑦))) = -𝑒(lim sup‘(𝑥𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑥))))
133121, 132eqtrd 2792 1 (𝜑 → (lim inf‘𝐹) = -𝑒(lim sup‘(𝑥𝐴 ↦ -𝑒(𝐹𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1630  wtru 1631  wcel 2137  wnfc 2887  wrex 3049  {crab 3052  Vcvv 3338  cin 3712  wss 3713  cmpt 4879  dom cdm 5264  ran crn 5265  cima 5267  Fun wfun 6041   Fn wfn 6042  wf 6043  cfv 6047  (class class class)co 6811  supcsup 8509  infcinf 8510  cr 10125  +∞cpnf 10261  *cxr 10263   < clt 10264  -𝑒cxne 12134  [,)cico 12368  lim supclsp 14398  lim infclsi 40484
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1869  ax-4 1884  ax-5 1986  ax-6 2052  ax-7 2088  ax-8 2139  ax-9 2146  ax-10 2166  ax-11 2181  ax-12 2194  ax-13 2389  ax-ext 2738  ax-rep 4921  ax-sep 4931  ax-nul 4939  ax-pow 4990  ax-pr 5053  ax-un 7112  ax-cnex 10182  ax-resscn 10183  ax-1cn 10184  ax-icn 10185  ax-addcl 10186  ax-addrcl 10187  ax-mulcl 10188  ax-mulrcl 10189  ax-mulcom 10190  ax-addass 10191  ax-mulass 10192  ax-distr 10193  ax-i2m1 10194  ax-1ne0 10195  ax-1rid 10196  ax-rnegex 10197  ax-rrecex 10198  ax-cnre 10199  ax-pre-lttri 10200  ax-pre-lttrn 10201  ax-pre-ltadd 10202  ax-pre-mulgt0 10203  ax-pre-sup 10204
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1633  df-ex 1852  df-nf 1857  df-sb 2045  df-eu 2609  df-mo 2610  df-clab 2745  df-cleq 2751  df-clel 2754  df-nfc 2889  df-ne 2931  df-nel 3034  df-ral 3053  df-rex 3054  df-reu 3055  df-rmo 3056  df-rab 3057  df-v 3340  df-sbc 3575  df-csb 3673  df-dif 3716  df-un 3718  df-in 3720  df-ss 3727  df-nul 4057  df-if 4229  df-pw 4302  df-sn 4320  df-pr 4322  df-op 4326  df-uni 4587  df-iun 4672  df-br 4803  df-opab 4863  df-mpt 4880  df-id 5172  df-po 5185  df-so 5186  df-xp 5270  df-rel 5271  df-cnv 5272  df-co 5273  df-dm 5274  df-rn 5275  df-res 5276  df-ima 5277  df-iota 6010  df-fun 6049  df-fn 6050  df-f 6051  df-f1 6052  df-fo 6053  df-f1o 6054  df-fv 6055  df-isom 6056  df-riota 6772  df-ov 6814  df-oprab 6815  df-mpt2 6816  df-er 7909  df-en 8120  df-dom 8121  df-sdom 8122  df-sup 8511  df-inf 8512  df-pnf 10266  df-mnf 10267  df-xr 10268  df-ltxr 10269  df-le 10270  df-sub 10458  df-neg 10459  df-xneg 12137  df-limsup 14399  df-liminf 40485
This theorem is referenced by:  liminfvalxrmpt  40519
  Copyright terms: Public domain W3C validator