Theorem climf 39854

Description: Express the predicate: The limit of complex number sequence F is A, or F converges to A. Similar to clim 14225, but without the disjoint var constraint F k. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
climf.nf	|- F/_ k F
climf.f	|- ( ph -> F e. V )
climf.fv	|- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( F ` k ) = B )

Assertion

Ref	Expression
climf	|- ( ph -> ( F ~~> A <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) ) )

Distinct variable groups:   A, j, k, x   j, F, x   ph, j, k, x

Allowed substitution hints:   B( x, j, k)   F( k)   V( x, j, k)

Proof of Theorem climf

Dummy variables f y are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		climrel 14223	. . . . 5 |- Rel ~~>
2	1	brrelex2i 5159	. . . 4 |- ( F ~~> A -> A e. _V )
3	2	a1i 11	. . 3 |- ( ph -> ( F ~~> A -> A e. _V ) )
4		elex 3212	. . . . 5 |- ( A e. CC -> A e. _V )
5	4	adantr 481	. . . 4 |- ( ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) -> A e. _V )
6	5	a1i 11	. . 3 |- ( ph -> ( ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) -> A e. _V ) )
7		climf.f	. . . 4 |- ( ph -> F e. V )
8		simpr 477	. . . . . . . 8 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> y = A )
9	8	eleq1d 2686	. . . . . . 7 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( y e. CC <-> A e. CC ) )
10		nfv 1843	. . . . . . . 8 |- F/ x ( f = F /\ y = A )
11		climf.nf	. . . . . . . . . . . 12 |- F/_ k F
12	11	nfeq2 2780	. . . . . . . . . . 11 |- F/ k f = F
13		nfv 1843	. . . . . . . . . . 11 |- F/ k y = A
14	12, 13	nfan 1828	. . . . . . . . . 10 |- F/ k ( f = F /\ y = A )
15		fveq1 6190	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( f = F -> ( f ` k ) = ( F ` k ) )
16	15	adantr 481	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( f ` k ) = ( F ` k ) )
17	16	eleq1d 2686	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( ( f ` k ) e. CC <-> ( F ` k ) e. CC ) )
18		oveq12 6659	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( ( f ` k ) = ( F ` k ) /\ y = A ) -> ( ( f ` k ) - y ) = ( ( F ` k ) - A ) )
19	15, 18	sylan 488	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( ( f ` k ) - y ) = ( ( F ` k ) - A ) )
20	19	fveq2d 6195	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) = ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) )
21	20	breq1d 4663	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x <-> ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) )
22	17, 21	anbi12d 747	. . . . . . . . . 10 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( ( ( f ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x ) <-> ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) )
23	14, 22	ralbid 2983	. . . . . . . . 9 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( f ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x ) <-> A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) )
24	23	rexbidv 3052	. . . . . . . 8 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( f ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x ) <-> E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) )
25	10, 24	ralbid 2983	. . . . . . 7 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( f ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x ) <-> A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) )
26	9, 25	anbi12d 747	. . . . . 6 |- ( ( f = F /\ y = A ) -> ( ( y e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( f ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x ) ) <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) ) )
27		df-clim 14219	. . . . . 6 |- ~~> = { <. f , y >. | ( y e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( f ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( f ` k ) - y ) ) < x ) ) }
28	26, 27	brabga 4989	. . . . 5 |- ( ( F e. V /\ A e. _V ) -> ( F ~~> A <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) ) )
29	28	ex 450	. . . 4 |- ( F e. V -> ( A e. _V -> ( F ~~> A <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) ) ) )
30	7, 29	syl 17	. . 3 |- ( ph -> ( A e. _V -> ( F ~~> A <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) ) ) )
31	3, 6, 30	pm5.21ndd 369	. 2 |- ( ph -> ( F ~~> A <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) ) )
32		eluzelz 11697	. . . . . . 7 |- ( k e. ( ZZ>= ` j ) -> k e. ZZ )
33		climf.fv	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( F ` k ) = B )
34	33	eleq1d 2686	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( ( F ` k ) e. CC <-> B e. CC ) )
35	33	oveq1d 6665	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( ( F ` k ) - A ) = ( B - A ) )
36	35	fveq2d 6195	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) = ( abs ` ( B - A ) ) )
37	36	breq1d 4663	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x <-> ( abs ` ( B - A ) ) < x ) )
38	34, 37	anbi12d 747	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ZZ ) -> ( ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) <-> ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) )
39	32, 38	sylan2 491	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` j ) ) -> ( ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) <-> ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) )
40	39	ralbidva 2985	. . . . 5 |- ( ph -> ( A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) <-> A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) )
41	40	rexbidv 3052	. . . 4 |- ( ph -> ( E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) <-> E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) )
42	41	ralbidv 2986	. . 3 |- ( ph -> ( A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) <-> A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) )
43	42	anbi2d 740	. 2 |- ( ph -> ( ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( ( F ` k ) e. CC /\ ( abs ` ( ( F ` k ) - A ) ) < x ) ) <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) ) )
44	31, 43	bitrd 268	1 |- ( ph -> ( F ~~> A <-> ( A e. CC /\ A. x e. RR+ E. j e. ZZ A. k e. ( ZZ>= ` j ) ( B e. CC /\ ( abs ` ( B - A ) ) < x ) ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   <-> wb 196   /\ wa 384   = wceq 1483   e. wcel 1990   F/_wnfc 2751   A.wral 2912   E.wrex 2913   _Vcvv 3200   class class class wbr 4653   ` cfv 5888  (class class class)co 6650   CCcc 9934   < clt 10074   - cmin 10266   ZZcz 11377   ZZ>=cuz 11687   RR+crp 11832   abscabs 13974   ~~> cli 14215

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-ral 2917  df-rex 2918  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-op 4184  df-uni 4437  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-id 5024  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-fv 5896  df-ov 6653  df-neg 10269  df-z 11378  df-uz 11688  df-clim 14219

This theorem is referenced by:  clim2f  39868