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Theorem rlim 13298
Description: Express the predicate: The limit of complex number function  F is  C, or  F converges to  C, in the real sense. This means that for any real  x, no matter how small, there always exists a number  y such that the absolute difference of any number in the function beyond  y and the limit is less than  x. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Sep-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 28-Apr-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
rlim.1  |-  ( ph  ->  F : A --> CC )
rlim.2  |-  ( ph  ->  A  C_  RR )
rlim.4  |-  ( (
ph  /\  z  e.  A )  ->  ( F `  z )  =  B )
Assertion
Ref Expression
rlim  |-  ( ph  ->  ( F  ~~> r  C  <->  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  A  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) ) ) )
Distinct variable groups:    z, A    x, y, z, C    x, F, y, z    ph, x, y, z
Allowed substitution hints:    A( x, y)    B( x, y, z)

Proof of Theorem rlim
Dummy variables  w  f are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rlimrel 13296 . . . . 5  |-  Rel  ~~> r
21brrelex2i 5047 . . . 4  |-  ( F  ~~> r  C  ->  C  e.  _V )
32a1i 11 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F  ~~> r  C  ->  C  e.  _V )
)
4 elex 3127 . . . . 5  |-  ( C  e.  CC  ->  C  e.  _V )
54ad2antrl 727 . . . 4  |-  ( ( F  e.  ( CC 
^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) )  ->  C  e.  _V )
65a1i 11 . . 3  |-  ( ph  ->  ( ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) )  ->  C  e.  _V ) )
7 rlim.1 . . . . 5  |-  ( ph  ->  F : A --> CC )
8 rlim.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  A  C_  RR )
9 cnex 9585 . . . . . 6  |-  CC  e.  _V
10 reex 9595 . . . . . 6  |-  RR  e.  _V
11 elpm2r 7448 . . . . . 6  |-  ( ( ( CC  e.  _V  /\  RR  e.  _V )  /\  ( F : A --> CC  /\  A  C_  RR ) )  ->  F  e.  ( CC  ^pm  RR ) )
129, 10, 11mpanl12 682 . . . . 5  |-  ( ( F : A --> CC  /\  A  C_  RR )  ->  F  e.  ( CC  ^pm 
RR ) )
137, 8, 12syl2anc 661 . . . 4  |-  ( ph  ->  F  e.  ( CC 
^pm  RR ) )
14 eleq1 2539 . . . . . . . . 9  |-  ( f  =  F  ->  (
f  e.  ( CC 
^pm  RR )  <->  F  e.  ( CC  ^pm  RR ) ) )
15 eleq1 2539 . . . . . . . . 9  |-  ( w  =  C  ->  (
w  e.  CC  <->  C  e.  CC ) )
1614, 15bi2anan9 871 . . . . . . . 8  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( ( f  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  w  e.  CC ) 
<->  ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  C  e.  CC ) ) )
17 simpl 457 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  f  =  F )
1817dmeqd 5211 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  dom  f  =  dom  F )
19 fveq1 5871 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( f  =  F  ->  (
f `  z )  =  ( F `  z ) )
20 oveq12 6304 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( f `  z
)  =  ( F `
 z )  /\  w  =  C )  ->  ( ( f `  z )  -  w
)  =  ( ( F `  z )  -  C ) )
2119, 20sylan 471 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( ( f `  z )  -  w
)  =  ( ( F `  z )  -  C ) )
2221fveq2d 5876 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( abs `  (
( f `  z
)  -  w ) )  =  ( abs `  ( ( F `  z )  -  C
) ) )
2322breq1d 4463 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( ( abs `  (
( f `  z
)  -  w ) )  <  x  <->  ( abs `  ( ( F `  z )  -  C
) )  <  x
) )
2423imbi2d 316 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( ( f `  z )  -  w
) )  <  x
)  <->  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( ( F `  z )  -  C
) )  <  x
) ) )
2518, 24raleqbidv 3077 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( A. z  e. 
dom  f ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( f `
 z )  -  w ) )  < 
x )  <->  A. z  e.  dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) )
2625rexbidv 2978 . . . . . . . . 9  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  f ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( f `
 z )  -  w ) )  < 
x )  <->  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) )
2726ralbidv 2906 . . . . . . . 8  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  dom  f
( y  <_  z  ->  ( abs `  (
( f `  z
)  -  w ) )  <  x )  <->  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) )
2816, 27anbi12d 710 . . . . . . 7  |-  ( ( f  =  F  /\  w  =  C )  ->  ( ( ( f  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  w  e.  CC )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  f ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( f `
 z )  -  w ) )  < 
x ) )  <->  ( ( F  e.  ( CC  ^pm 
RR )  /\  C  e.  CC )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) )
29 df-rlim 13292 . . . . . . 7  |-  ~~> r  =  { <. f ,  w >.  |  ( ( f  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  w  e.  CC )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  f ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( f `
 z )  -  w ) )  < 
x ) ) }
3028, 29brabga 4767 . . . . . 6  |-  ( ( F  e.  ( CC 
^pm  RR )  /\  C  e.  _V )  ->  ( F 
~~> r  C  <->  ( ( F  e.  ( CC  ^pm 
RR )  /\  C  e.  CC )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) )
31 anass 649 . . . . . 6  |-  ( ( ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  C  e.  CC )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  dom  F
( y  <_  z  ->  ( abs `  (
( F `  z
)  -  C ) )  <  x ) )  <->  ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) )
3230, 31syl6bb 261 . . . . 5  |-  ( ( F  e.  ( CC 
^pm  RR )  /\  C  e.  _V )  ->  ( F 
~~> r  C  <->  ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) ) )
3332ex 434 . . . 4  |-  ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  ->  ( C  e.  _V  ->  ( F  ~~> r  C  <->  ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) ) ) )
3413, 33syl 16 . . 3  |-  ( ph  ->  ( C  e.  _V  ->  ( F  ~~> r  C  <->  ( F  e.  ( CC 
^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) ) ) )
353, 6, 34pm5.21ndd 354 . 2  |-  ( ph  ->  ( F  ~~> r  C  <->  ( F  e.  ( CC 
^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) ) )
3613biantrurd 508 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) )  <->  ( F  e.  ( CC  ^pm  RR )  /\  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) ) ) ) )
37 fdm 5741 . . . . . . . 8  |-  ( F : A --> CC  ->  dom 
F  =  A )
387, 37syl 16 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  dom  F  =  A )
3938raleqdv 3069 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x )  <->  A. z  e.  A  ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `  z )  -  C
) )  <  x
) ) )
40 rlim.4 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  z  e.  A )  ->  ( F `  z )  =  B )
4140oveq1d 6310 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  z  e.  A )  ->  (
( F `  z
)  -  C )  =  ( B  -  C ) )
4241fveq2d 5876 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  z  e.  A )  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  =  ( abs `  ( B  -  C )
) )
4342breq1d 4463 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  z  e.  A )  ->  (
( abs `  (
( F `  z
)  -  C ) )  <  x  <->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) )
4443imbi2d 316 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  z  e.  A )  ->  (
( y  <_  z  ->  ( abs `  (
( F `  z
)  -  C ) )  <  x )  <-> 
( y  <_  z  ->  ( abs `  ( B  -  C )
)  <  x )
) )
4544ralbidva 2903 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( A. z  e.  A  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( ( F `  z )  -  C
) )  <  x
)  <->  A. z  e.  A  ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( B  -  C )
)  <  x )
) )
4639, 45bitrd 253 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x )  <->  A. z  e.  A  ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) ) )
4746rexbidv 2978 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x )  <->  E. y  e.  RR  A. z  e.  A  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) ) )
4847ralbidv 2906 . . 3  |-  ( ph  ->  ( A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  dom  F
( y  <_  z  ->  ( abs `  (
( F `  z
)  -  C ) )  <  x )  <->  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  A  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) ) )
4948anbi2d 703 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e. 
dom  F ( y  <_  z  ->  ( abs `  ( ( F `
 z )  -  C ) )  < 
x ) )  <->  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  A  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) ) ) )
5035, 36, 493bitr2d 281 1  |-  ( ph  ->  ( F  ~~> r  C  <->  ( C  e.  CC  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  RR  A. z  e.  A  ( y  <_ 
z  ->  ( abs `  ( B  -  C
) )  <  x
) ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1379    e. wcel 1767   A.wral 2817   E.wrex 2818   _Vcvv 3118    C_ wss 3481   class class class wbr 4453   dom cdm 5005   -->wf 5590   ` cfv 5594  (class class class)co 6295    ^pm cpm 7433   CCcc 9502   RRcr 9503    < clt 9640    <_ cle 9641    - cmin 9817   RR+crp 11232   abscabs 13047    ~~> r crli 13288
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-sep 4574  ax-nul 4582  ax-pow 4631  ax-pr 4692  ax-un 6587  ax-cnex 9560  ax-resscn 9561
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3an 975  df-tru 1382  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-ral 2822  df-rex 2823  df-rab 2826  df-v 3120  df-sbc 3337  df-dif 3484  df-un 3486  df-in 3488  df-ss 3495  df-nul 3791  df-if 3946  df-pw 4018  df-sn 4034  df-pr 4036  df-op 4040  df-uni 4252  df-br 4454  df-opab 4512  df-id 4801  df-xp 5011  df-rel 5012  df-cnv 5013  df-co 5014  df-dm 5015  df-rn 5016  df-iota 5557  df-fun 5596  df-fn 5597  df-f 5598  df-fv 5602  df-ov 6298  df-oprab 6299  df-mpt2 6300  df-pm 7435  df-rlim 13292
This theorem is referenced by:  rlim2  13299  rlimcl  13306  rlimclim  13349  rlimres  13361  caurcvgr  13476
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