Metamath Proof Explorer


Theorem limsupmnfuzlem

Description: The superior limit of a function is -oo if and only if every real number is the upper bound of the restriction of the function to a set of upper integers. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses limsupmnfuzlem.1 φM
limsupmnfuzlem.2 Z=M
limsupmnfuzlem.3 φF:Z*
Assertion limsupmnfuzlem φlim supF=−∞xkZjkFjx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 limsupmnfuzlem.1 φM
2 limsupmnfuzlem.2 Z=M
3 limsupmnfuzlem.3 φF:Z*
4 nfcv _jF
5 uzssre M
6 2 5 eqsstri Z
7 6 a1i φZ
8 4 7 3 limsupmnf φlim supF=−∞xkjZkjFjx
9 breq1 k=ikjij
10 9 imbi1d k=ikjFjxijFjx
11 10 ralbidv k=ijZkjFjxjZijFjx
12 11 cbvrexvw kjZkjFjxijZijFjx
13 12 biimpi kjZkjFjxijZijFjx
14 iftrue MiifMiiM=i
15 14 adantl φiMiifMiiM=i
16 1 ad2antrr φiMiM
17 ceilcl ii
18 17 ad2antlr φiMii
19 simpr φiMiMi
20 2 16 18 19 eluzd φiMiiZ
21 15 20 eqeltrd φiMiifMiiMZ
22 iffalse ¬MiifMiiM=M
23 22 adantl φi¬MiifMiiM=M
24 1 2 uzidd2 φMZ
25 24 ad2antrr φi¬MiMZ
26 23 25 eqeltrd φi¬MiifMiiMZ
27 21 26 pm2.61dan φiifMiiMZ
28 27 3adant3 φijZijFjxifMiiMZ
29 nfv jφ
30 nfv ji
31 nfra1 jjZijFjx
32 29 30 31 nf3an jφijZijFjx
33 simplr φijifMiiMi
34 6 27 sselid φiifMiiM
35 34 adantr φijifMiiMifMiiM
36 eluzelre jifMiiMj
37 36 adantl φijifMiiMj
38 simpr φii
39 17 zred ii
40 39 adantl φii
41 ceilge iii
42 41 adantl φiii
43 6 24 sselid φM
44 43 adantr φiM
45 max2 MiiifMiiM
46 44 40 45 syl2anc φiiifMiiM
47 38 40 34 42 46 letrd φiiifMiiM
48 47 adantr φijifMiiMiifMiiM
49 eluzle jifMiiMifMiiMj
50 49 adantl φijifMiiMifMiiMj
51 33 35 37 48 50 letrd φijifMiiMij
52 51 3adantl3 φijZijFjxjifMiiMij
53 simpl3 φijZijFjxjifMiiMjZijFjx
54 1 ad2antrr φijifMiiMM
55 eluzelz jifMiiMj
56 55 adantl φijifMiiMj
57 44 adantr φijifMiiMM
58 max1 MiMifMiiM
59 43 39 58 syl2an φiMifMiiM
60 59 adantr φijifMiiMMifMiiM
61 57 35 37 60 50 letrd φijifMiiMMj
62 2 54 56 61 eluzd φijifMiiMjZ
63 62 3adantl3 φijZijFjxjifMiiMjZ
64 rspa jZijFjxjZijFjx
65 53 63 64 syl2anc φijZijFjxjifMiiMijFjx
66 52 65 mpd φijZijFjxjifMiiMFjx
67 66 ex φijZijFjxjifMiiMFjx
68 32 67 ralrimi φijZijFjxjifMiiMFjx
69 fveq2 k=ifMiiMk=ifMiiM
70 69 raleqdv k=ifMiiMjkFjxjifMiiMFjx
71 70 rspcev ifMiiMZjifMiiMFjxkZjkFjx
72 28 68 71 syl2anc φijZijFjxkZjkFjx
73 72 3exp φijZijFjxkZjkFjx
74 73 rexlimdv φijZijFjxkZjkFjx
75 74 imp φijZijFjxkZjkFjx
76 13 75 sylan2 φkjZkjFjxkZjkFjx
77 76 ex φkjZkjFjxkZjkFjx
78 rexss ZkZjkFjxkkZjkFjx
79 6 78 ax-mp kZjkFjxkkZjkFjx
80 79 biimpi kZjkFjxkkZjkFjx
81 nfv jkZ
82 nfra1 jjkFjx
83 81 82 nfan jkZjkFjx
84 simp1r kZjkFjxjZkjjkFjx
85 eqid k=k
86 2 eluzelz2 kZk
87 86 3ad2ant1 kZjZkjk
88 2 eluzelz2 jZj
89 88 3ad2ant2 kZjZkjj
90 simp3 kZjZkjkj
91 85 87 89 90 eluzd kZjZkjjk
92 91 3adant1r kZjkFjxjZkjjk
93 rspa jkFjxjkFjx
94 84 92 93 syl2anc kZjkFjxjZkjFjx
95 94 3exp kZjkFjxjZkjFjx
96 83 95 ralrimi kZjkFjxjZkjFjx
97 96 a1i φkZjkFjxjZkjFjx
98 97 reximdv φkkZjkFjxkjZkjFjx
99 98 imp φkkZjkFjxkjZkjFjx
100 80 99 sylan2 φkZjkFjxkjZkjFjx
101 100 ex φkZjkFjxkjZkjFjx
102 77 101 impbid φkjZkjFjxkZjkFjx
103 102 ralbidv φxkjZkjFjxxkZjkFjx
104 8 103 bitrd φlim supF=−∞xkZjkFjx