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Theorem clim 13268
Description: Express the predicate: The limit of complex number sequence  F is  A, or  F converges to  A. This means that for any real  x, no matter how small, there always exists an integer 
j such that the absolute difference of any later complex number in the sequence and the limit is less than  x. (Contributed by NM, 28-Aug-2005.) (Revised by Mario Carneiro, 28-Apr-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
clim.1  |-  ( ph  ->  F  e.  V )
clim.3  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( F `
 k )  =  B )
Assertion
Ref Expression
clim  |-  ( 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:    j, k, x, A    j, F, k, x    ph, j, k, x
Allowed substitution hints:    B( x, j, k)    V( x, j, k)

Proof of Theorem clim
Dummy variables  f 
y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 climrel 13266 . . . . 5  |-  Rel  ~~>
21brrelex2i 5035 . . . 4  |-  ( F  ~~>  A  ->  A  e.  _V )
32a1i 11 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F  ~~>  A  ->  A  e.  _V )
)
4 elex 3117 . . . . 5  |-  ( A  e.  CC  ->  A  e.  _V )
54adantr 465 . . . 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 )
65a1i 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 clim.1 . . . 4  |-  ( ph  ->  F  e.  V )
8 simpr 461 . . . . . . . 8  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  y  =  A )
98eleq1d 2531 . . . . . . 7  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( y  e.  CC  <->  A  e.  CC ) )
10 fveq1 5858 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( f  =  F  ->  (
f `  k )  =  ( F `  k ) )
1110adantr 465 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( f `  k
)  =  ( F `
 k ) )
1211eleq1d 2531 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( f `  k )  e.  CC  <->  ( F `  k )  e.  CC ) )
13 oveq12 6286 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( f `  k
)  =  ( F `
 k )  /\  y  =  A )  ->  ( ( f `  k )  -  y
)  =  ( ( F `  k )  -  A ) )
1410, 13sylan 471 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( f `  k )  -  y
)  =  ( ( F `  k )  -  A ) )
1514fveq2d 5863 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( abs `  (
( f `  k
)  -  y ) )  =  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) ) )
1615breq1d 4452 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( abs `  (
( f `  k
)  -  y ) )  <  x  <->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  x
) )
1712, 16anbi12d 710 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( ( f `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( f `  k )  -  y
) )  <  x
)  <->  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  x
) ) )
1817ralbidv 2898 . . . . . . . . 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 ) ) )
1918rexbidv 2968 . . . . . . . 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 ) ) )
2019ralbidv 2898 . . . . . . 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 ) ) )
219, 20anbi12d 710 . . . . . 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 ) ) ) )
22 df-clim 13262 . . . . . 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 ) ) }
2321, 22brabga 4756 . . . . 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 ) ) ) )
2423ex 434 . . . 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 ) ) ) ) )
257, 24syl 16 . . 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 ) ) ) ) )
263, 6, 25pm5.21ndd 354 . 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 ) ) ) )
27 eluzelz 11082 . . . . . . 7  |-  ( k  e.  ( ZZ>= `  j
)  ->  k  e.  ZZ )
28 clim.3 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( F `
 k )  =  B )
2928eleq1d 2531 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( F `  k )  e.  CC  <->  B  e.  CC ) )
3028oveq1d 6292 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( F `  k )  -  A )  =  ( B  -  A
) )
3130fveq2d 5863 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  =  ( abs `  ( B  -  A ) ) )
3231breq1d 4452 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  x  <->  ( abs `  ( B  -  A
) )  <  x
) )
3329, 32anbi12d 710 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  x )  <->  ( B  e.  CC  /\  ( abs `  ( B  -  A
) )  <  x
) ) )
3427, 33sylan2 474 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( ZZ>= `  j )
)  ->  ( (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  x )  <->  ( B  e.  CC  /\  ( abs `  ( B  -  A
) )  <  x
) ) )
3534ralbidva 2895 . . . . 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 ) ) )
3635rexbidv 2968 . . . 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 ) ) )
3736ralbidv 2898 . . 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 )
) )
3837anbi2d 703 . 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 )
) ) )
3926, 38bitrd 253 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 )
) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1374    e. wcel 1762   A.wral 2809   E.wrex 2810   _Vcvv 3108   class class class wbr 4442   ` cfv 5581  (class class class)co 6277   CCcc 9481    < clt 9619    - cmin 9796   ZZcz 10855   ZZ>=cuz 11073   RR+crp 11211   abscabs 13019    ~~> cli 13258
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 1963  ax-ext 2440  ax-sep 4563  ax-nul 4571  ax-pow 4620  ax-pr 4681  ax-cnex 9539  ax-resscn 9540
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 2274  df-mo 2275  df-clab 2448  df-cleq 2454  df-clel 2457  df-nfc 2612  df-ne 2659  df-ral 2814  df-rex 2815  df-rab 2818  df-v 3110  df-sbc 3327  df-dif 3474  df-un 3476  df-in 3478  df-ss 3485  df-nul 3781  df-if 3935  df-pw 4007  df-sn 4023  df-pr 4025  df-op 4029  df-uni 4241  df-br 4443  df-opab 4501  df-mpt 4502  df-id 4790  df-xp 5000  df-rel 5001  df-cnv 5002  df-co 5003  df-dm 5004  df-rn 5005  df-res 5006  df-ima 5007  df-iota 5544  df-fun 5583  df-fn 5584  df-f 5585  df-fv 5589  df-ov 6280  df-neg 9799  df-z 10856  df-uz 11074  df-clim 13262
This theorem is referenced by:  climcl  13273  clim2  13278  climshftlem  13348  climsuse  31107  ioodvbdlimc1lem2  31219  ioodvbdlimc2lem  31221
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