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Theorem clim 10258
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 10257 . . . . 5  |-  Rel  ~~>
21brrelex2i 4411 . . . 4  |-  ( F  ~~>  A  ->  A  e.  _V )
32a1i 9 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F  ~~>  A  ->  A  e.  _V )
)
4 elex 2611 . . . . 5  |-  ( A  e.  CC  ->  A  e.  _V )
54adantr 270 . . . 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 9 . . 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 108 . . . . . . . 8  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  y  =  A )
98eleq1d 2148 . . . . . . 7  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( y  e.  CC  <->  A  e.  CC ) )
10 fveq1 5208 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( f  =  F  ->  (
f `  k )  =  ( F `  k ) )
1110adantr 270 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( f `  k
)  =  ( F `
 k ) )
1211eleq1d 2148 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( f `  k )  e.  CC  <->  ( F `  k )  e.  CC ) )
13 oveq12 5552 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( f `  k
)  =  ( F `
 k )  /\  y  =  A )  ->  ( ( f `  k )  -  y
)  =  ( ( F `  k )  -  A ) )
1410, 13sylan 277 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( f `  k )  -  y
)  =  ( ( F `  k )  -  A ) )
1514fveq2d 5213 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( abs `  (
( f `  k
)  -  y ) )  =  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) ) )
1615breq1d 3803 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( abs `  (
( f `  k
)  -  y ) )  <  x  <->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  x
) )
1712, 16anbi12d 457 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( f  =  F  /\  y  =  A )  ->  ( ( ( f `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( f `  k )  -  y
) )  <  x
)  <->  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  x
) ) )
1817ralbidv 2369 . . . . . . . . 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 2370 . . . . . . . 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 2369 . . . . . . 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 457 . . . . . 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 10256 . . . . . 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 4027 . . . . 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 113 . . . 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 14 . . 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 654 . 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 8709 . . . . . . 7  |-  ( k  e.  ( ZZ>= `  j
)  ->  k  e.  ZZ )
28 clim.3 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( F `
 k )  =  B )
2928eleq1d 2148 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( F `  k )  e.  CC  <->  B  e.  CC ) )
3028oveq1d 5558 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( F `  k )  -  A )  =  ( B  -  A
) )
3130fveq2d 5213 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  =  ( abs `  ( B  -  A ) ) )
3231breq1d 3803 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  x  <->  ( abs `  ( B  -  A
) )  <  x
) )
3329, 32anbi12d 457 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  x )  <->  ( B  e.  CC  /\  ( abs `  ( B  -  A
) )  <  x
) ) )
3427, 33sylan2 280 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( ZZ>= `  j )
)  ->  ( (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  x )  <->  ( B  e.  CC  /\  ( abs `  ( B  -  A
) )  <  x
) ) )
3534ralbidva 2365 . . . . 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 2370 . . . 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 2369 . . 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 452 . 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 186 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 set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 102    <-> wb 103    = wceq 1285    e. wcel 1434   A.wral 2349   E.wrex 2350   _Vcvv 2602   class class class wbr 3793   ` cfv 4932  (class class class)co 5543   CCcc 7041    < clt 7215    - cmin 7346   ZZcz 8432   ZZ>=cuz 8700   RR+crp 8815   abscabs 10021    ~~> cli 10255
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2064  ax-sep 3904  ax-pow 3956  ax-pr 3972  ax-cnex 7129  ax-resscn 7130
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-3or 921  df-3an 922  df-tru 1288  df-nf 1391  df-sb 1687  df-eu 1945  df-mo 1946  df-clab 2069  df-cleq 2075  df-clel 2078  df-nfc 2209  df-ral 2354  df-rex 2355  df-rab 2358  df-v 2604  df-sbc 2817  df-un 2978  df-in 2980  df-ss 2987  df-pw 3392  df-sn 3412  df-pr 3413  df-op 3415  df-uni 3610  df-br 3794  df-opab 3848  df-mpt 3849  df-id 4056  df-xp 4377  df-rel 4378  df-cnv 4379  df-co 4380  df-dm 4381  df-rn 4382  df-res 4383  df-ima 4384  df-iota 4897  df-fun 4934  df-fn 4935  df-f 4936  df-fv 4940  df-ov 5546  df-neg 7349  df-z 8433  df-uz 8701  df-clim 10256
This theorem is referenced by:  climcl  10259  clim2  10260  climshftlemg  10279
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