Metamath Proof Explorer


Theorem liminflbuz2

Description: A sequence with values in the extended reals, and with liminf that is not -oo , is eventually greater than -oo . (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Apr-2023)

Ref Expression
Hypotheses liminflbuz2.1 ⊢ Ⅎ j φ
liminflbuz2.2 ⊢ Ⅎ _ j F
liminflbuz2.3 ⊢ φ → M ∈ ℤ
liminflbuz2.4 ⊢ Z = ℤ ≥ M
liminflbuz2.5 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℝ *
liminflbuz2.6 ⊢ φ → lim inf ⁡ F ≠ −∞
Assertion liminflbuz2 ⊢ φ → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k −∞ < F ⁡ j

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 liminflbuz2.1 ⊢ Ⅎ j φ
2 liminflbuz2.2 ⊢ Ⅎ _ j F
3 liminflbuz2.3 ⊢ φ → M ∈ ℤ
4 liminflbuz2.4 ⊢ Z = ℤ ≥ M
5 liminflbuz2.5 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℝ *
6 liminflbuz2.6 ⊢ φ → lim inf ⁡ F ≠ −∞
7 nfv ⊢ Ⅎ j k ∈ Z
8 1 7 nfan ⊢ Ⅎ j φ ∧ k ∈ Z
9 simpll ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ k → φ
10 4 uztrn2 ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ k → j ∈ Z
11 10 adantll ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ k → j ∈ Z
12 5 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ j ∈ Z → F ⁡ j ∈ ℝ *
13 12 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → F ⁡ j ∈ ℝ *
14 mnfxr ⊢ −∞ ∈ ℝ *
15 14 a1i ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → −∞ ∈ ℝ *
16 simpr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → ¬ −∞ < F ⁡ j
17 13 15 16 xrnltled ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → F ⁡ j ≤ −∞
18 xlemnf ⊢ F ⁡ j ∈ ℝ * → F ⁡ j ≤ −∞ ↔ F ⁡ j = −∞
19 13 18 syl ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → F ⁡ j ≤ −∞ ↔ F ⁡ j = −∞
20 17 19 mpbid ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → F ⁡ j = −∞
21 xnegeq ⊢ F ⁡ j = −∞ → − F ⁡ j = − −∞
22 xnegmnf ⊢ − −∞ = +∞
23 21 22 eqtrdi ⊢ F ⁡ j = −∞ → − F ⁡ j = +∞
24 20 23 syl ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → − F ⁡ j = +∞
25 24 adantlr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ − F ⁡ j ≠ +∞ ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → − F ⁡ j = +∞
26 neneq ⊢ − F ⁡ j ≠ +∞ → ¬ − F ⁡ j = +∞
27 26 ad2antlr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ − F ⁡ j ≠ +∞ ∧ ¬ −∞ < F ⁡ j → ¬ − F ⁡ j = +∞
28 25 27 condan ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ − F ⁡ j ≠ +∞ → −∞ < F ⁡ j
29 28 ex ⊢ φ ∧ j ∈ Z → − F ⁡ j ≠ +∞ → −∞ < F ⁡ j
30 9 11 29 syl2anc ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ k → − F ⁡ j ≠ +∞ → −∞ < F ⁡ j
31 8 30 ralimdaa ⊢ φ ∧ k ∈ Z → ∀ j ∈ ℤ ≥ k − F ⁡ j ≠ +∞ → ∀ j ∈ ℤ ≥ k −∞ < F ⁡ j
32 31 imp ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k − F ⁡ j ≠ +∞ → ∀ j ∈ ℤ ≥ k −∞ < F ⁡ j
33 12 xnegcld ⊢ φ ∧ j ∈ Z → − F ⁡ j ∈ ℝ *
34 33 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → − F ⁡ j ∈ ℝ *
35 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
36 35 a1i ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → +∞ ∈ ℝ *
37 eqidd ⊢ φ → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j
38 37 33 fvmpt2d ⊢ φ ∧ j ∈ Z → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j = − F ⁡ j
39 38 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j = − F ⁡ j
40 simpr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞
41 39 40 eqbrtrrd ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → − F ⁡ j < +∞
42 34 36 41 xrltned ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → − F ⁡ j ≠ +∞
43 42 ex ⊢ φ ∧ j ∈ Z → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → − F ⁡ j ≠ +∞
44 9 11 43 syl2anc ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ k → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → − F ⁡ j ≠ +∞
45 8 44 ralimdaa ⊢ φ ∧ k ∈ Z → ∀ j ∈ ℤ ≥ k j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → ∀ j ∈ ℤ ≥ k − F ⁡ j ≠ +∞
46 45 imp ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞ → ∀ j ∈ ℤ ≥ k − F ⁡ j ≠ +∞
47 nfmpt1 ⊢ Ⅎ _ j j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j
48 1 33 fmptd2f ⊢ φ → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j : Z ⟶ ℝ *
49 4 fvexi ⊢ Z ∈ V
50 49 a1i ⊢ φ → Z ∈ V
51 5 50 fexd ⊢ φ → F ∈ V
52 51 liminfcld ⊢ φ → lim inf ⁡ F ∈ ℝ *
53 52 xnegnegd ⊢ φ → − − lim inf ⁡ F = lim inf ⁡ F
54 1 2 3 4 5 liminfvaluz3 ⊢ φ → lim inf ⁡ F = − lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j
55 53 54 eqtr2d ⊢ φ → − lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = − − lim inf ⁡ F
56 50 mptexd ⊢ φ → j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ∈ V
57 56 limsupcld ⊢ φ → lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ∈ ℝ *
58 52 xnegcld ⊢ φ → − lim inf ⁡ F ∈ ℝ *
59 xneg11 ⊢ lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ∈ ℝ * ∧ − lim inf ⁡ F ∈ ℝ * → − lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = − − lim inf ⁡ F ↔ lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = − lim inf ⁡ F
60 57 58 59 syl2anc ⊢ φ → − lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = − − lim inf ⁡ F ↔ lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = − lim inf ⁡ F
61 55 60 mpbid ⊢ φ → lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j = − lim inf ⁡ F
62 nne ⊢ ¬ − lim inf ⁡ F ≠ +∞ ↔ − lim inf ⁡ F = +∞
63 53 eqcomd ⊢ φ → lim inf ⁡ F = − − lim inf ⁡ F
64 63 adantr ⊢ φ ∧ − lim inf ⁡ F = +∞ → lim inf ⁡ F = − − lim inf ⁡ F
65 xnegeq ⊢ − lim inf ⁡ F = +∞ → − − lim inf ⁡ F = − +∞
66 65 adantl ⊢ φ ∧ − lim inf ⁡ F = +∞ → − − lim inf ⁡ F = − +∞
67 xnegpnf ⊢ − +∞ = −∞
68 67 a1i ⊢ φ ∧ − lim inf ⁡ F = +∞ → − +∞ = −∞
69 64 66 68 3eqtrd ⊢ φ ∧ − lim inf ⁡ F = +∞ → lim inf ⁡ F = −∞
70 62 69 sylan2b ⊢ φ ∧ ¬ − lim inf ⁡ F ≠ +∞ → lim inf ⁡ F = −∞
71 6 neneqd ⊢ φ → ¬ lim inf ⁡ F = −∞
72 71 adantr ⊢ φ ∧ ¬ − lim inf ⁡ F ≠ +∞ → ¬ lim inf ⁡ F = −∞
73 70 72 condan ⊢ φ → − lim inf ⁡ F ≠ +∞
74 61 73 eqnetrd ⊢ φ → lim sup ⁡ j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ≠ +∞
75 1 47 3 4 48 74 limsupubuz2 ⊢ φ → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k j ∈ Z ⟼ − F ⁡ j ⁡ j < +∞
76 46 75 reximddv3 ⊢ φ → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k − F ⁡ j ≠ +∞
77 32 76 reximddv3 ⊢ φ → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k −∞ < F ⁡ j