Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  lo1bdd2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lo1bdd2 14103
 Description: If an eventually bounded function is bounded on every interval 𝐴 ∩ (-∞, 𝑦) by a function 𝑀(𝑦), then the function is bounded on the whole domain. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
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
Ref Expression
lo1bdd2 (𝜑 → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑚,𝑦,𝐴   𝐵,𝑚,𝑦   𝑥,𝐶,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑚,𝑀,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑚)   𝐵(𝑥)   𝐶(𝑚)   𝑀(𝑦)

Proof of Theorem lo1bdd2
Dummy variable 𝑛 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lo1bdd2.4 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐵) ∈ ≤𝑂(1))
2 lo1bdd2.1 . . . 4 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
3 lo1bdd2.3 . . . 4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
4 lo1bdd2.2 . . . 4 (𝜑𝐶 ∈ ℝ)
52, 3, 4ello1mpt2 14101 . . 3 (𝜑 → ((𝑥𝐴𝐵) ∈ ≤𝑂(1) ↔ ∃𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)∃𝑛 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛)))
61, 5mpbid 221 . 2 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)∃𝑛 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛))
7 elicopnf 12140 . . . . . . . . . . 11 (𝐶 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞) ↔ (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦)))
84, 7syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞) ↔ (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦)))
98biimpa 500 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) → (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦))
10 lo1bdd2.5 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦)) → 𝑀 ∈ ℝ)
119, 10syldan 486 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) → 𝑀 ∈ ℝ)
1211ad2antrr 758 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ (𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛))) ∧ 𝑛𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
13 simplrl 796 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ (𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛))) ∧ ¬ 𝑛𝑀) → 𝑛 ∈ ℝ)
1412, 13ifclda 4070 . . . . . 6 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ (𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛))) → if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) ∈ ℝ)
152ad2antrr 758 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) → 𝐴 ⊆ ℝ)
1615sselda 3568 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
179simpld 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) → 𝑦 ∈ ℝ)
1817ad2antrr 758 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
1916, 18ltnled 10063 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑥 < 𝑦 ↔ ¬ 𝑦𝑥))
20 lo1bdd2.6 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑𝑥𝐴) ∧ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝐵𝑀)
2120expr 641 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑𝑥𝐴) ∧ (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦)) → (𝑥 < 𝑦𝐵𝑀))
2221an32s 842 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑥 < 𝑦𝐵𝑀))
2322ex 449 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝐶𝑦)) → (𝑥𝐴 → (𝑥 < 𝑦𝐵𝑀)))
249, 23syldan 486 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) → (𝑥𝐴 → (𝑥 < 𝑦𝐵𝑀)))
2524imp 444 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑥 < 𝑦𝐵𝑀))
2625adantlr 747 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑥 < 𝑦𝐵𝑀))
27 simplr 788 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑛 ∈ ℝ)
2811ad2antrr 758 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑀 ∈ ℝ)
29 max2 11892 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ) → 𝑀 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛))
3027, 28, 29syl2anc 691 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑀 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛))
31 simpll 786 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) → 𝜑)
3231, 3sylan 487 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
3311ad3antrrr 762 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) ∧ 𝑛𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
34 simpllr 795 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) ∧ ¬ 𝑛𝑀) → 𝑛 ∈ ℝ)
3533, 34ifclda 4070 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) ∈ ℝ)
36 letr 10010 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ ∧ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) ∈ ℝ) → ((𝐵𝑀𝑀 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)) → 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
3732, 28, 35, 36syl3anc 1318 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝐵𝑀𝑀 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)) → 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
3830, 37mpan2d 706 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → (𝐵𝑀𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
3926, 38syld 46 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑥 < 𝑦𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
4019, 39sylbird 249 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → (¬ 𝑦𝑥𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
41 max1 11890 . . . . . . . . . . 11 ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ) → 𝑛 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛))
4227, 28, 41syl2anc 691 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑛 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛))
43 letr 10010 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℝ ∧ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) ∈ ℝ) → ((𝐵𝑛𝑛 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)) → 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
4432, 27, 35, 43syl3anc 1318 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝐵𝑛𝑛 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)) → 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
4542, 44mpan2d 706 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → (𝐵𝑛𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
4640, 45jad 173 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝑦𝑥𝐵𝑛) → 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
4746ralimdva 2945 . . . . . . 7 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) → (∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛) → ∀𝑥𝐴 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
4847impr 647 . . . . . 6 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ (𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛))) → ∀𝑥𝐴 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛))
49 breq2 4587 . . . . . . . 8 (𝑚 = if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) → (𝐵𝑚𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
5049ralbidv 2969 . . . . . . 7 (𝑚 = if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) → (∀𝑥𝐴 𝐵𝑚 ↔ ∀𝑥𝐴 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)))
5150rspcev 3282 . . . . . 6 ((if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛) ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵 ≤ if(𝑛𝑀, 𝑀, 𝑛)) → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚)
5214, 48, 51syl2anc 691 . . . . 5 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ (𝑛 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛))) → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚)
5352expr 641 . . . 4 (((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ) → (∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛) → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚))
5453rexlimdva 3013 . . 3 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)) → (∃𝑛 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛) → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚))
5554rexlimdva 3013 . 2 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ (𝐶[,)+∞)∃𝑛 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑦𝑥𝐵𝑛) → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚))
566, 55mpd 15 1 (𝜑 → ∃𝑚 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑚)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977  ∀wral 2896  ∃wrex 2897   ⊆ wss 3540  ifcif 4036   class class class wbr 4583   ↦ cmpt 4643  (class class class)co 6549  ℝcr 9814  +∞cpnf 9950   < clt 9953   ≤ cle 9954  [,)cico 12048  ≤𝑂(1)clo1 14066 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-op 4132  df-uni 4373  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-er 7629  df-pm 7747  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-ico 12052  df-lo1 14070 This theorem is referenced by:  lo1bddrp  14104  o1bdd2  14120
 Copyright terms: Public domain W3C validator