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Theorem limsupre3uzlem

Description: Given a function on the extended reals, its supremum limit is real if and only if two condition holds: 1. there is a real number that is less than or equal to the function, infinitely often; 2. there is a real number that is eventually greater than or equal to the function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses limsupre3uzlem.1 ⊢ Ⅎ _ j F
limsupre3uzlem.2 ⊢ φ → M ∈ ℤ
limsupre3uzlem.3 ⊢ Z = ℤ ≥ M
limsupre3uzlem.4 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℝ *
Assertion limsupre3uzlem ⊢ φ → lim sup ⁡ F ∈ ℝ ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ ∃ x ∈ ℝ ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 limsupre3uzlem.1 ⊢ Ⅎ _ j F
2 limsupre3uzlem.2 ⊢ φ → M ∈ ℤ
3 limsupre3uzlem.3 ⊢ Z = ℤ ≥ M
4 limsupre3uzlem.4 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℝ *
5 uzssre ⊢ ℤ ≥ M ⊆ ℝ
6 3 5 eqsstri ⊢ Z ⊆ ℝ
7 6 a1i ⊢ φ → Z ⊆ ℝ
8 1 7 4 limsupre3 ⊢ φ → lim sup ⁡ F ∈ ℝ ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ ∃ x ∈ ℝ ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
9 breq1 ⊢ y = k → y ≤ j ↔ k ≤ j
10 9 anbi1d ⊢ y = k → y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ↔ k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
11 10 rexbidv ⊢ y = k → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ↔ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
12 11 cbvralvw ⊢ ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ↔ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
13 12 biimpi ⊢ ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
14 nfra1 ⊢ Ⅎ k ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
15 simpr ⊢ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ k ∈ Z → k ∈ Z
16 6 15 sselid ⊢ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ k ∈ Z → k ∈ ℝ
17 rspa ⊢ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ k ∈ ℝ → ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
18 16 17 syldan ⊢ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ k ∈ Z → ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
19 nfv ⊢ Ⅎ j k ∈ Z
20 nfre1 ⊢ Ⅎ j ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
21 eqid ⊢ ℤ ≥ k = ℤ ≥ k
22 3 eluzelz2 ⊢ k ∈ Z → k ∈ ℤ
23 22 3ad2ant1 ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → k ∈ ℤ
24 3 eluzelz2 ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ
25 24 3ad2ant2 ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → j ∈ ℤ
26 simp3 ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → k ≤ j
27 21 23 25 26 eluzd ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → j ∈ ℤ ≥ k
28 27 3adant3r ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → j ∈ ℤ ≥ k
29 simp3r ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → x ≤ F ⁡ j
30 rspe ⊢ j ∈ ℤ ≥ k ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
31 28 29 30 syl2anc ⊢ k ∈ Z ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
32 31 3exp ⊢ k ∈ Z → j ∈ Z → k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
33 19 20 32 rexlimd ⊢ k ∈ Z → ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
34 33 imp ⊢ k ∈ Z ∧ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
35 15 18 34 syl2anc ⊢ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ k ∈ Z → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
36 14 35 ralrimia ⊢ ∀ k ∈ ℝ ∃ j ∈ Z k ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
37 13 36 syl ⊢ ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
38 37 a1i ⊢ φ → ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
39 iftrue ⊢ M ≤ y → if M ≤ y y M = y
40 39 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ M ≤ y → if M ≤ y y M = y
41 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ M ≤ y → M ∈ ℤ
42 ceilcl ⊢ y ∈ ℝ → y ∈ ℤ
43 42 ad2antlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ M ≤ y → y ∈ ℤ
44 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ M ≤ y → M ≤ y
45 3 41 43 44 eluzd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ M ≤ y → y ∈ Z
46 40 45 eqeltrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ M ≤ y → if M ≤ y y M ∈ Z
47 iffalse ⊢ ¬ M ≤ y → if M ≤ y y M = M
48 47 adantl ⊢ φ ∧ ¬ M ≤ y → if M ≤ y y M = M
49 2 3 uzidd2 ⊢ φ → M ∈ Z
50 49 adantr ⊢ φ ∧ ¬ M ≤ y → M ∈ Z
51 48 50 eqeltrd ⊢ φ ∧ ¬ M ≤ y → if M ≤ y y M ∈ Z
52 51 adantlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ¬ M ≤ y → if M ≤ y y M ∈ Z
53 46 52 pm2.61dan ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → if M ≤ y y M ∈ Z
54 53 adantlr ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ → if M ≤ y y M ∈ Z
55 simplr ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
56 fveq2 ⊢ k = if M ≤ y y M → ℤ ≥ k = ℤ ≥ if M ≤ y y M
57 56 rexeqdv ⊢ k = if M ≤ y y M → ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ↔ ∃ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M x ≤ F ⁡ j
58 57 rspcva ⊢ if M ≤ y y M ∈ Z ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M x ≤ F ⁡ j
59 54 55 58 syl2anc ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ → ∃ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M x ≤ F ⁡ j
60 nfv ⊢ Ⅎ j φ
61 19 nfci ⊢ Ⅎ _ j Z
62 61 20 nfralw ⊢ Ⅎ j ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
63 60 62 nfan ⊢ Ⅎ j φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
64 nfv ⊢ Ⅎ j y ∈ ℝ
65 63 64 nfan ⊢ Ⅎ j φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ
66 nfre1 ⊢ Ⅎ j ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
67 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → M ∈ ℤ
68 eluzelz ⊢ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → j ∈ ℤ
69 68 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → j ∈ ℤ
70 67 zred ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → M ∈ ℝ
71 6 53 sselid ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → if M ≤ y y M ∈ ℝ
72 71 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → if M ≤ y y M ∈ ℝ
73 69 zred ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → j ∈ ℝ
74 6 49 sselid ⊢ φ → M ∈ ℝ
75 74 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → M ∈ ℝ
76 42 zred ⊢ y ∈ ℝ → y ∈ ℝ
77 76 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ∈ ℝ
78 max1 ⊢ M ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → M ≤ if M ≤ y y M
79 75 77 78 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → M ≤ if M ≤ y y M
80 79 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → M ≤ if M ≤ y y M
81 eluzle ⊢ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → if M ≤ y y M ≤ j
82 81 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → if M ≤ y y M ≤ j
83 70 72 73 80 82 letrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → M ≤ j
84 3 67 69 83 eluzd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → j ∈ Z
85 84 3adant3 ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M ∧ x ≤ F ⁡ j → j ∈ Z
86 simplr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → y ∈ ℝ
87 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ∈ ℝ
88 ceilge ⊢ y ∈ ℝ → y ≤ y
89 88 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ≤ y
90 max2 ⊢ M ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → y ≤ if M ≤ y y M
91 75 77 90 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ≤ if M ≤ y y M
92 87 77 71 89 91 letrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ≤ if M ≤ y y M
93 92 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → y ≤ if M ≤ y y M
94 86 72 73 93 82 letrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → y ≤ j
95 94 3adant3 ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M ∧ x ≤ F ⁡ j → y ≤ j
96 simp3 ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M ∧ x ≤ F ⁡ j → x ≤ F ⁡ j
97 95 96 jca ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M ∧ x ≤ F ⁡ j → y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
98 rspe ⊢ j ∈ Z ∧ y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
99 85 97 98 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M ∧ x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
100 99 3exp ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
101 100 adantlr ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ → j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
102 65 66 101 rexlimd ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ → ∃ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M x ≤ F ⁡ j → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
103 59 102 mpd ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ y ∈ ℝ → ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
104 103 ralrimiva ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j → ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
105 104 ex ⊢ φ → ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j → ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j
106 38 105 impbid ⊢ φ → ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ↔ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
107 106 rexbidv ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j
108 53 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x → if M ≤ y y M ∈ Z
109 60 64 nfan ⊢ Ⅎ j φ ∧ y ∈ ℝ
110 nfra1 ⊢ Ⅎ j ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
111 109 110 nfan ⊢ Ⅎ j φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
112 94 adantlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → y ≤ j
113 simplr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
114 84 adantlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → j ∈ Z
115 rspa ⊢ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ Z → y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
116 113 114 115 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
117 112 116 mpd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → F ⁡ j ≤ x
118 117 ex ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x → j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M → F ⁡ j ≤ x
119 111 118 ralrimi ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x → ∀ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M F ⁡ j ≤ x
120 56 raleqdv ⊢ k = if M ≤ y y M → ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x ↔ ∀ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M F ⁡ j ≤ x
121 120 rspcev ⊢ if M ≤ y y M ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ if M ≤ y y M F ⁡ j ≤ x → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
122 108 119 121 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
123 122 rexlimdva2 ⊢ φ → ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
124 6 sseli ⊢ k ∈ Z → k ∈ ℝ
125 124 ad2antlr ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x → k ∈ ℝ
126 nfra1 ⊢ Ⅎ j ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
127 19 126 nfan ⊢ Ⅎ j k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
128 simp1r ⊢ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
129 27 3adant1r ⊢ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → j ∈ ℤ ≥ k
130 rspa ⊢ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ ℤ ≥ k → F ⁡ j ≤ x
131 128 129 130 syl2anc ⊢ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x ∧ j ∈ Z ∧ k ≤ j → F ⁡ j ≤ x
132 131 3exp ⊢ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x → j ∈ Z → k ≤ j → F ⁡ j ≤ x
133 127 132 ralrimi ⊢ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x → ∀ j ∈ Z k ≤ j → F ⁡ j ≤ x
134 133 adantll ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x → ∀ j ∈ Z k ≤ j → F ⁡ j ≤ x
135 9 rspceaimv ⊢ k ∈ ℝ ∧ ∀ j ∈ Z k ≤ j → F ⁡ j ≤ x → ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
136 125 134 135 syl2anc ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x → ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
137 136 rexlimdva2 ⊢ φ → ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x → ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x
138 123 137 impbid ⊢ φ → ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ↔ ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
139 138 rexbidv ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ↔ ∃ x ∈ ℝ ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
140 107 139 anbi12d ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z y ≤ j ∧ x ≤ F ⁡ j ∧ ∃ x ∈ ℝ ∃ y ∈ ℝ ∀ j ∈ Z y ≤ j → F ⁡ j ≤ x ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ ∃ x ∈ ℝ ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x
141 8 140 bitrd ⊢ φ → lim sup ⁡ F ∈ ℝ ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ Z ∃ j ∈ ℤ ≥ k x ≤ F ⁡ j ∧ ∃ x ∈ ℝ ∃ k ∈ Z ∀ j ∈ ℤ ≥ k F ⁡ j ≤ x