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Theorem limsupequzlem

Description: Two functions that are eventually equal to one another have the same superior limit. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses limsupequzlem.1 𝑘 𝜑
limsupequzlem.2 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
limsupequzlem.4 ( 𝜑𝐹 Fn ( ℤ𝑀 ) )
limsupequzlem.5 ( 𝜑𝑁 ∈ ℤ )
limsupequzlem.6 ( 𝜑𝐺 Fn ( ℤ𝑁 ) )
limsupequzlem.7 ( 𝜑𝐾 ∈ ℤ )
limsupequzlem.8 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) )
Assertion limsupequzlem ( 𝜑 → ( lim sup ‘ 𝐹 ) = ( lim sup ‘ 𝐺 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 limsupequzlem.1 𝑘 𝜑
2 limsupequzlem.2 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
3 limsupequzlem.4 ( 𝜑𝐹 Fn ( ℤ𝑀 ) )
4 limsupequzlem.5 ( 𝜑𝑁 ∈ ℤ )
5 limsupequzlem.6 ( 𝜑𝐺 Fn ( ℤ𝑁 ) )
6 limsupequzlem.7 ( 𝜑𝐾 ∈ ℤ )
7 limsupequzlem.8 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) )
8 eqid ( ℤ𝐾 ) = ( ℤ𝐾 )
9 6 adantr ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝐾 ∈ ℤ )
10 eluzelz ( 𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) → 𝑘 ∈ ℤ )
11 10 adantl ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝑘 ∈ ℤ )
12 6 zred ( 𝜑𝐾 ∈ ℝ )
13 12 adantr ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝐾 ∈ ℝ )
14 13 rexrd ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝐾 ∈ ℝ* )
15 zssxr ℤ ⊆ ℝ*
16 tpssi ( ( 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℤ ) → { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ⊆ ℤ )
17 2 4 6 16 syl3anc ( 𝜑 → { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ⊆ ℤ )
18 xrltso < Or ℝ*
19 18 a1i ( 𝜑 → < Or ℝ* )
20 tpfi { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ∈ Fin
21 20 a1i ( 𝜑 → { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ∈ Fin )
22 2 tpnzd ( 𝜑 → { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ≠ ∅ )
23 15 a1i ( 𝜑 → ℤ ⊆ ℝ* )
24 17 23 sstrd ( 𝜑 → { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ⊆ ℝ* )
25 fisupcl ( ( < Or ℝ* ∧ ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ∈ Fin ∧ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ≠ ∅ ∧ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } ⊆ ℝ* ) ) → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
26 19 21 22 24 25 syl13anc ( 𝜑 → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
27 17 26 sseldd ( 𝜑 → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ℤ )
28 15 27 sseldi ( 𝜑 → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ℝ* )
29 28 adantr ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ℝ* )
30 eluzelre ( 𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) → 𝑘 ∈ ℝ )
31 30 adantl ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝑘 ∈ ℝ )
32 31 rexrd ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝑘 ∈ ℝ* )
33 tpid3g ( 𝐾 ∈ ℤ → 𝐾 ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
34 6 33 syl ( 𝜑𝐾 ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
35 eqid sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) = sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < )
36 24 34 35 supxrubd ( 𝜑𝐾 ≤ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) )
37 36 adantr ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝐾 ≤ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) )
38 eluzle ( 𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ≤ 𝑘 )
39 38 adantl ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ≤ 𝑘 )
40 14 29 32 37 39 xrletrd ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝐾𝑘 )
41 8 9 11 40 eluzd ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → 𝑘 ∈ ( ℤ𝐾 ) )
42 41 7 syldan ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) )
43 1 42 ralrimia ( 𝜑 → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) )
44 eqid ( ℤ𝑀 ) = ( ℤ𝑀 )
45 tpid1g ( 𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
46 2 45 syl ( 𝜑𝑀 ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
47 24 46 35 supxrubd ( 𝜑𝑀 ≤ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) )
48 44 2 27 47 eluzd ( 𝜑 → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ( ℤ𝑀 ) )
49 uzss ( sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ( ℤ𝑀 ) → ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ⊆ ( ℤ𝑀 ) )
50 48 49 syl ( 𝜑 → ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ⊆ ( ℤ𝑀 ) )
51 eqid ( ℤ𝑁 ) = ( ℤ𝑁 )
52 tpid2g ( 𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
53 4 52 syl ( 𝜑𝑁 ∈ { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } )
54 24 53 35 supxrubd ( 𝜑𝑁 ≤ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) )
55 51 4 27 54 eluzd ( 𝜑 → sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ( ℤ𝑁 ) )
56 uzss ( sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ∈ ( ℤ𝑁 ) → ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ⊆ ( ℤ𝑁 ) )
57 55 56 syl ( 𝜑 → ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ⊆ ( ℤ𝑁 ) )
58 fvreseq0 ( ( ( 𝐹 Fn ( ℤ𝑀 ) ∧ 𝐺 Fn ( ℤ𝑁 ) ) ∧ ( ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ⊆ ( ℤ𝑀 ) ∧ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ⊆ ( ℤ𝑁 ) ) ) → ( ( 𝐹 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) = ( 𝐺 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) ) )
59 3 5 50 57 58 syl22anc ( 𝜑 → ( ( 𝐹 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) = ( 𝐺 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) ) )
60 43 59 mpbird ( 𝜑 → ( 𝐹 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) = ( 𝐺 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) )
61 60 fveq2d ( 𝜑 → ( lim sup ‘ ( 𝐹 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) ) = ( lim sup ‘ ( 𝐺 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) ) )
62 eqid ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) = ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) )
63 fvexd ( 𝜑 → ( ℤ𝑀 ) ∈ V )
64 3 63 fnexd ( 𝜑𝐹 ∈ V )
65 3 fndmd ( 𝜑 → dom 𝐹 = ( ℤ𝑀 ) )
66 uzssz ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℤ
67 65 66 eqsstrdi ( 𝜑 → dom 𝐹 ⊆ ℤ )
68 27 62 64 67 limsupresuz2 ( 𝜑 → ( lim sup ‘ ( 𝐹 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) ) = ( lim sup ‘ 𝐹 ) )
69 fvexd ( 𝜑 → ( ℤ𝑁 ) ∈ V )
70 5 69 fnexd ( 𝜑𝐺 ∈ V )
71 5 fndmd ( 𝜑 → dom 𝐺 = ( ℤ𝑁 ) )
72 uzssz ( ℤ𝑁 ) ⊆ ℤ
73 71 72 eqsstrdi ( 𝜑 → dom 𝐺 ⊆ ℤ )
74 27 62 70 73 limsupresuz2 ( 𝜑 → ( lim sup ‘ ( 𝐺 ↾ ( ℤ ‘ sup ( { 𝑀 , 𝑁 , 𝐾 } , ℝ* , < ) ) ) ) = ( lim sup ‘ 𝐺 ) )
75 61 68 74 3eqtr3d ( 𝜑 → ( lim sup ‘ 𝐹 ) = ( lim sup ‘ 𝐺 ) )