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Theorem 2clim 13344
Description: If two sequences converge to each other, they converge to the same limit. (Contributed by NM, 24-Dec-2005.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 31-Jan-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
2clim.1  |-  Z  =  ( ZZ>= `  M )
2clim.2  |-  ( ph  ->  M  e.  ZZ )
2clim.3  |-  ( ph  ->  G  e.  V )
2clim.5  |-  ( (
ph  /\  k  e.  Z )  ->  ( G `  k )  e.  CC )
2clim.6  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k )
) )  <  x
)
2clim.7  |-  ( ph  ->  F  ~~>  A )
Assertion
Ref Expression
2clim  |-  ( ph  ->  G  ~~>  A )
Distinct variable groups:    j, k, A    x, j, F, k   
j, G, x    j, M    ph, j, k    j, Z, k, x    k, G
Allowed substitution hints:    ph( x)    A( x)    M( x, k)    V( x, j, k)

Proof of Theorem 2clim
Dummy variable  y is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 2clim.6 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k )
) )  <  x
)
2 rphalfcl 11233 . . . . . 6  |-  ( y  e.  RR+  ->  ( y  /  2 )  e.  RR+ )
3 breq2 4444 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  ( y  / 
2 )  ->  (
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  x  <->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k )
) )  <  (
y  /  2 ) ) )
43rexralbidv 2974 . . . . . . 7  |-  ( x  =  ( y  / 
2 )  ->  ( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  x  <->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 ) ) )
54rspccva 3206 . . . . . 6  |-  ( ( A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k )
) )  <  x  /\  ( y  /  2
)  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 ) )
61, 2, 5syl2an 477 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 ) )
7 2clim.1 . . . . . 6  |-  Z  =  ( ZZ>= `  M )
8 2clim.2 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  M  e.  ZZ )
98adantr 465 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  M  e.  ZZ )
102adantl 466 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( y  /  2 )  e.  RR+ )
11 eqidd 2461 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  k  e.  Z )  ->  ( F `  k )  =  ( F `  k ) )
12 2clim.7 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  F  ~~>  A )
1312adantr 465 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  F  ~~>  A )
147, 9, 10, 11, 13climi 13282 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) ) )
157rexanuz2 13131 . . . . 5  |-  ( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( y  / 
2 ) ) )  <-> 
( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 )  /\  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( y  /  2
) ) ) )
166, 14, 15sylanbrc 664 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) ) ) )
177uztrn2 11088 . . . . . . . 8  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  ( ZZ>= `  j ) )  -> 
k  e.  Z )
18 an12 795 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) ) )  <->  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( y  /  2
) ) ) )
19 simprr 756 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( F `  k )  e.  CC )
20 2clim.5 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( (
ph  /\  k  e.  Z )  ->  ( G `  k )  e.  CC )
2120ad2ant2r 746 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( G `  k )  e.  CC )
2219, 21abssubd 13233 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  =  ( abs `  ( ( G `  k )  -  ( F `  k )
) ) )
2322breq1d 4450 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k )
) )  <  (
y  /  2 )  <-> 
( abs `  (
( G `  k
)  -  ( F `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 ) ) )
2423anbi1d 704 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( y  /  2
) )  <->  ( ( abs `  ( ( G `
 k )  -  ( F `  k ) ) )  <  (
y  /  2 )  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) ) ) )
25 climcl 13271 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( F  ~~>  A  ->  A  e.  CC )
2612, 25syl 16 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ph  ->  A  e.  CC )
2726ad2antrr 725 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  A  e.  CC )
28 rpre 11215 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( y  e.  RR+  ->  y  e.  RR )
2928ad2antlr 726 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  y  e.  RR )
30 abs3lem 13120 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( G `  k )  e.  CC  /\  A  e.  CC )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  y  e.  RR ) )  -> 
( ( ( abs `  ( ( G `  k )  -  ( F `  k )
) )  <  (
y  /  2 )  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) )  ->  ( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y ) )
3121, 27, 19, 29, 30syl22anc 1224 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( ( ( abs `  ( ( G `  k )  -  ( F `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( y  /  2
) )  ->  ( abs `  ( ( G `
 k )  -  A ) )  < 
y ) )
3224, 31sylbid 215 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
k  e.  Z  /\  ( F `  k )  e.  CC ) )  ->  ( ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( y  /  2
) )  ->  ( abs `  ( ( G `
 k )  -  A ) )  < 
y ) )
3332anassrs 648 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  k  e.  Z )  /\  ( F `  k
)  e.  CC )  ->  ( ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( y  /  2
) )  ->  ( abs `  ( ( G `
 k )  -  A ) )  < 
y ) )
3433expimpd 603 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  k  e.  Z )  ->  (
( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 )  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( y  / 
2 ) ) )  ->  ( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y ) )
3518, 34syl5bi 217 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  k  e.  Z )  ->  (
( ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) ) )  ->  ( abs `  ( ( G `  k )  -  A
) )  <  y
) )
3617, 35sylan2 474 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  (
j  e.  Z  /\  k  e.  ( ZZ>= `  j ) ) )  ->  ( ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( y  / 
2 ) ) )  ->  ( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y ) )
3736anassrs 648 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  j  e.  Z )  /\  k  e.  ( ZZ>=
`  j ) )  ->  ( ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( y  / 
2 ) ) )  ->  ( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y ) )
3837ralimdva 2865 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR+ )  /\  j  e.  Z )  ->  ( A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( G `
 k ) ) )  <  ( y  /  2 )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( y  /  2 ) ) )  ->  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y ) )
3938reximdva 2931 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( G `  k ) ) )  <  ( y  / 
2 )  /\  (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( y  / 
2 ) ) )  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( abs `  ( ( G `  k )  -  A ) )  <  y ) )
4016, 39mpd 15 . . 3  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y )
4140ralrimiva 2871 . 2  |-  ( ph  ->  A. y  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( G `  k )  -  A
) )  <  y
)
42 2clim.3 . . 3  |-  ( ph  ->  G  e.  V )
43 eqidd 2461 . . 3  |-  ( (
ph  /\  k  e.  Z )  ->  ( G `  k )  =  ( G `  k ) )
447, 8, 42, 43, 26, 20clim2c 13277 . 2  |-  ( ph  ->  ( G  ~~>  A  <->  A. y  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( G `  k
)  -  A ) )  <  y ) )
4541, 44mpbird 232 1  |-  ( ph  ->  G  ~~>  A )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 369    = wceq 1374    e. wcel 1762   A.wral 2807   E.wrex 2808   class class class wbr 4440   ` cfv 5579  (class class class)co 6275   CCcc 9479   RRcr 9480    < clt 9617    - cmin 9794    / cdiv 10195   2c2 10574   ZZcz 10853   ZZ>=cuz 11071   RR+crp 11209   abscabs 13017    ~~> cli 13256
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1596  ax-4 1607  ax-5 1675  ax-6 1714  ax-7 1734  ax-8 1764  ax-9 1766  ax-10 1781  ax-11 1786  ax-12 1798  ax-13 1961  ax-ext 2438  ax-sep 4561  ax-nul 4569  ax-pow 4618  ax-pr 4679  ax-un 6567  ax-cnex 9537  ax-resscn 9538  ax-1cn 9539  ax-icn 9540  ax-addcl 9541  ax-addrcl 9542  ax-mulcl 9543  ax-mulrcl 9544  ax-mulcom 9545  ax-addass 9546  ax-mulass 9547  ax-distr 9548  ax-i2m1 9549  ax-1ne0 9550  ax-1rid 9551  ax-rnegex 9552  ax-rrecex 9553  ax-cnre 9554  ax-pre-lttri 9555  ax-pre-lttrn 9556  ax-pre-ltadd 9557  ax-pre-mulgt0 9558  ax-pre-sup 9559
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1377  df-ex 1592  df-nf 1595  df-sb 1707  df-eu 2272  df-mo 2273  df-clab 2446  df-cleq 2452  df-clel 2455  df-nfc 2610  df-ne 2657  df-nel 2658  df-ral 2812  df-rex 2813  df-reu 2814  df-rmo 2815  df-rab 2816  df-v 3108  df-sbc 3325  df-csb 3429  df-dif 3472  df-un 3474  df-in 3476  df-ss 3483  df-pss 3485  df-nul 3779  df-if 3933  df-pw 4005  df-sn 4021  df-pr 4023  df-tp 4025  df-op 4027  df-uni 4239  df-iun 4320  df-br 4441  df-opab 4499  df-mpt 4500  df-tr 4534  df-eprel 4784  df-id 4788  df-po 4793  df-so 4794  df-fr 4831  df-we 4833  df-ord 4874  df-on 4875  df-lim 4876  df-suc 4877  df-xp 4998  df-rel 4999  df-cnv 5000  df-co 5001  df-dm 5002  df-rn 5003  df-res 5004  df-ima 5005  df-iota 5542  df-fun 5581  df-fn 5582  df-f 5583  df-f1 5584  df-fo 5585  df-f1o 5586  df-fv 5587  df-riota 6236  df-ov 6278  df-oprab 6279  df-mpt2 6280  df-om 6672  df-2nd 6775  df-recs 7032  df-rdg 7066  df-er 7301  df-en 7507  df-dom 7508  df-sdom 7509  df-sup 7890  df-pnf 9619  df-mnf 9620  df-xr 9621  df-ltxr 9622  df-le 9623  df-sub 9796  df-neg 9797  df-div 10196  df-nn 10526  df-2 10583  df-3 10584  df-n0 10785  df-z 10854  df-uz 11072  df-rp 11210  df-seq 12064  df-exp 12123  df-cj 12882  df-re 12883  df-im 12884  df-sqr 13018  df-abs 13019  df-clim 13260
This theorem is referenced by:  mertens  13647
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