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Theorem lo1bdd2

Description: If an eventually bounded function is bounded on every interval A i^i ( -oo , y ) by a function M ( y ) , then the function is bounded on the whole domain. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses lo1bdd2.1 ( 𝜑𝐴 ⊆ ℝ )
lo1bdd2.2 ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ )
lo1bdd2.3 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℝ )
lo1bdd2.4 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ ≤𝑂(1) )
lo1bdd2.5 ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ) → 𝑀 ∈ ℝ )
lo1bdd2.6 ( ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) ∧ ( ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ∧ 𝑥 < 𝑦 ) ) → 𝐵𝑀 )
Assertion lo1bdd2 ( 𝜑 → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lo1bdd2.1 ( 𝜑𝐴 ⊆ ℝ )
2 lo1bdd2.2 ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ )
3 lo1bdd2.3 ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℝ )
4 lo1bdd2.4 ( 𝜑 → ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ ≤𝑂(1) )
5 lo1bdd2.5 ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ) → 𝑀 ∈ ℝ )
6 lo1bdd2.6 ( ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) ∧ ( ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ∧ 𝑥 < 𝑦 ) ) → 𝐵𝑀 )
7 1 3 2 ello1mpt2 ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴𝐵 ) ∈ ≤𝑂(1) ↔ ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ∃ 𝑛 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) ) )
8 4 7 mpbid ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ∃ 𝑛 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) )
9 elicopnf ( 𝐶 ∈ ℝ → ( 𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ↔ ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ) )
10 2 9 syl ( 𝜑 → ( 𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ↔ ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ) )
11 10 biimpa ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) → ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) )
12 11 5 syldan ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) → 𝑀 ∈ ℝ )
13 12 ad2antrr ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) ) ) ∧ 𝑛𝑀 ) → 𝑀 ∈ ℝ )
14 simplrl ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) ) ) ∧ ¬ 𝑛𝑀 ) → 𝑛 ∈ ℝ )
15 13 14 ifclda ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) ) ) → if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ∈ ℝ )
16 1 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) → 𝐴 ⊆ ℝ )
17 16 sselda ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝑥 ∈ ℝ )
18 11 simpld ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) → 𝑦 ∈ ℝ )
19 18 ad2antrr ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝑦 ∈ ℝ )
20 17 19 ltnled ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝑥 < 𝑦 ↔ ¬ 𝑦𝑥 ) )
21 6 expr ( ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ) → ( 𝑥 < 𝑦𝐵𝑀 ) )
22 21 an32s ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦 ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝑥 < 𝑦𝐵𝑀 ) )
23 11 22 syldanl ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝑥 < 𝑦𝐵𝑀 ) )
24 23 adantlr ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝑥 < 𝑦𝐵𝑀 ) )
25 simplr ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝑛 ∈ ℝ )
26 12 ad2antrr ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝑀 ∈ ℝ )
27 max2 ( ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ ) → 𝑀 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) )
28 25 26 27 syl2anc ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝑀 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) )
29 3 ad4ant14 ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℝ )
30 12 ad5ant12 ( ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) ∧ 𝑛𝑀 ) → 𝑀 ∈ ℝ )
31 simpllr ( ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) ∧ ¬ 𝑛𝑀 ) → 𝑛 ∈ ℝ )
32 30 31 ifclda ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ∈ ℝ )
33 letr ( ( 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ ∧ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ∈ ℝ ) → ( ( 𝐵𝑀𝑀 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) → 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
34 29 26 32 33 syl3anc ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( 𝐵𝑀𝑀 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) → 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
35 28 34 mpan2d ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝐵𝑀𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
36 24 35 syld ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝑥 < 𝑦𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
37 20 36 sylbird ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ¬ 𝑦𝑥𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
38 max1 ( ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ ) → 𝑛 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) )
39 25 26 38 syl2anc ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → 𝑛 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) )
40 letr ( ( 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℝ ∧ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ∈ ℝ ) → ( ( 𝐵𝑛𝑛 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) → 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
41 29 25 32 40 syl3anc ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( 𝐵𝑛𝑛 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) → 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
42 39 41 mpan2d ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝐵𝑛𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
43 37 42 jad ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) → 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
44 43 ralimdva ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) → ( ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) → ∀ 𝑥𝐴 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) )
45 44 impr ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) ) ) → ∀ 𝑥𝐴 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) )
46 brralrspcev ( ( if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐴 𝐵 ≤ if ( 𝑛𝑀 , 𝑀 , 𝑛 ) ) → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 )
47 15 45 46 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ ( 𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) ) ) → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 )
48 47 expr ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑛 ∈ ℝ ) → ( ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 ) )
49 48 rexlimdva ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ) → ( ∃ 𝑛 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 ) )
50 49 rexlimdva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐶 [,) +∞ ) ∃ 𝑛 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑦𝑥𝐵𝑛 ) → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 ) )
51 8 50 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑚 ∈ ℝ ∀ 𝑥𝐴 𝐵𝑚 )