Вообще-то подпоследовательность строится так: берётся возрастающая последовательность 

 и рассматривается последовательность с этими номерами - это по сути  композиция двух функций 

 и 

 в результате которой получаем функцию 

. 
Надо записать, что означает равенство 

. В точном соответствии с определением предела и пишем то, что Вы написали в стартовом сообщении.
Что касается неравенства 

 из Вашей старой тетради, то оно, конечно, равносильно неравенству 

 в силу монотонности последовательности 

, но в данном контексте выглядит коряво.