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Theorem climuni 10044
 Description: An infinite sequence of complex numbers converges to at most one limit. (Contributed by NM, 2-Oct-1999.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 31-Jan-2014.)
Assertion
Ref Expression
climuni ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → 𝐴 = 𝐵)

Proof of Theorem climuni
Dummy variables 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 1z 8327 . . 3 1 ∈ ℤ
2 nnuz 8603 . . . . . . 7 ℕ = (ℤ‘1)
3 1zzd 8328 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 1 ∈ ℤ)
4 climcl 10033 . . . . . . . . . . 11 (𝐹𝐴𝐴 ∈ ℂ)
543ad2ant1 936 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐴 ∈ ℂ)
6 climcl 10033 . . . . . . . . . . 11 (𝐹𝐵𝐵 ∈ ℂ)
763ad2ant2 937 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐵 ∈ ℂ)
85, 7subcld 7384 . . . . . . . . 9 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
9 simp3 917 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐴 # 𝐵)
105, 7, 9subap0d 7704 . . . . . . . . 9 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (𝐴𝐵) # 0)
118, 10absrpclapd 10014 . . . . . . . 8 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (abs‘(𝐴𝐵)) ∈ ℝ+)
1211rphalfcld 8732 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∈ ℝ+)
13 eqidd 2057 . . . . . . 7 (((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
14 simp1 915 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐹𝐴)
152, 3, 12, 13, 14climi 10038 . . . . . 6 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))
16 simp2 916 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐹𝐵)
172, 3, 12, 13, 16climi 10038 . . . . . 6 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))
182rexanuz2 9817 . . . . . 6 (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) ↔ (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))))
1915, 17, 18sylanbrc 402 . . . . 5 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))))
20 nnz 8320 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℤ)
21 uzid 8582 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
22 elex2 2587 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (ℤ𝑗) → ∃𝑘 𝑘 ∈ (ℤ𝑗))
23 r19.2m 3336 . . . . . . . . . 10 ((∃𝑘 𝑘 ∈ (ℤ𝑗) ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))) → ∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))))
2423ex 112 . . . . . . . . 9 (∃𝑘 𝑘 ∈ (ℤ𝑗) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))))
2520, 21, 22, 244syl 18 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℕ → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))))
26 simpr 107 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
27 simpll 489 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → 𝐴 ∈ ℂ)
2826, 27abssubd 10019 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) = (abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))))
2928breq1d 3801 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))
30 simplr 490 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → 𝐵 ∈ ℂ)
31 subcl 7272 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
3231adantr 265 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
3332abscld 10007 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐴𝐵)) ∈ ℝ)
34 abs3lem 9937 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(𝐴𝐵)) ∈ ℝ)) → (((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → (abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵))))
3527, 30, 26, 33, 34syl22anc 1147 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → (abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵))))
3633ltnrd 7187 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ¬ (abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵)))
3736pm2.21d 559 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵)) → ¬ 1 ∈ ℤ))
3835, 37syld 44 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → ¬ 1 ∈ ℤ))
3938expd 249 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ¬ 1 ∈ ℤ)))
4029, 39sylbid 143 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ¬ 1 ∈ ℤ)))
4140impr 365 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4241adantld 267 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → (((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4342expimpd 349 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → ((((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4443rexlimdvw 2453 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4525, 44sylan9r 396 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4645rexlimdva 2450 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ¬ 1 ∈ ℤ))
475, 7, 46syl2anc 397 . . . . 5 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4819, 47mpd 13 . . . 4 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ¬ 1 ∈ ℤ)
49483expia 1117 . . 3 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → (𝐴 # 𝐵 → ¬ 1 ∈ ℤ))
501, 49mt2i 583 . 2 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → ¬ 𝐴 # 𝐵)
51 apti 7686 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (𝐴 = 𝐵 ↔ ¬ 𝐴 # 𝐵))
524, 6, 51syl2an 277 . 2 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → (𝐴 = 𝐵 ↔ ¬ 𝐴 # 𝐵))
5350, 52mpbird 160 1 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → 𝐴 = 𝐵)
 Colors of variables: wff set class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 101   ↔ wb 102   ∧ w3a 896   = wceq 1259  ∃wex 1397   ∈ wcel 1409  ∀wral 2323  ∃wrex 2324   class class class wbr 3791  ‘cfv 4929  (class class class)co 5539  ℂcc 6944  ℝcr 6945  1c1 6947   < clt 7118   − cmin 7244   # cap 7645   / cdiv 7724  ℕcn 7989  2c2 8039  ℤcz 8301  ℤ≥cuz 8568  abscabs 9823   ⇝ cli 10029 This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 103  ax-ia2 104  ax-ia3 105  ax-in1 554  ax-in2 555  ax-io 640  ax-5 1352  ax-7 1353  ax-gen 1354  ax-ie1 1398  ax-ie2 1399  ax-8 1411  ax-10 1412  ax-11 1413  ax-i12 1414  ax-bndl 1415  ax-4 1416  ax-13 1420  ax-14 1421  ax-17 1435  ax-i9 1439  ax-ial 1443  ax-i5r 1444  ax-ext 2038  ax-coll 3899  ax-sep 3902  ax-nul 3910  ax-pow 3954  ax-pr 3971  ax-un 4197  ax-setind 4289  ax-iinf 4338  ax-cnex 7032  ax-resscn 7033  ax-1cn 7034  ax-1re 7035  ax-icn 7036  ax-addcl 7037  ax-addrcl 7038  ax-mulcl 7039  ax-mulrcl 7040  ax-addcom 7041  ax-mulcom 7042  ax-addass 7043  ax-mulass 7044  ax-distr 7045  ax-i2m1 7046  ax-1rid 7048  ax-0id 7049  ax-rnegex 7050  ax-precex 7051  ax-cnre 7052  ax-pre-ltirr 7053  ax-pre-ltwlin 7054  ax-pre-lttrn 7055  ax-pre-apti 7056  ax-pre-ltadd 7057  ax-pre-mulgt0 7058  ax-pre-mulext 7059  ax-arch 7060  ax-caucvg 7061 This theorem depends on definitions:  df-bi 114  df-dc 754  df-3or 897  df-3an 898  df-tru 1262  df-fal 1265  df-nf 1366  df-sb 1662  df-eu 1919  df-mo 1920  df-clab 2043  df-cleq 2049  df-clel 2052  df-nfc 2183  df-ne 2221  df-nel 2315  df-ral 2328  df-rex 2329  df-reu 2330  df-rmo 2331  df-rab 2332  df-v 2576  df-sbc 2787  df-csb 2880  df-dif 2947  df-un 2949  df-in 2951  df-ss 2958  df-nul 3252  df-if 3359  df-pw 3388  df-sn 3408  df-pr 3409  df-op 3411  df-uni 3608  df-int 3643  df-iun 3686  df-br 3792  df-opab 3846  df-mpt 3847  df-tr 3882  df-eprel 4053  df-id 4057  df-po 4060  df-iso 4061  df-iord 4130  df-on 4132  df-suc 4135  df-iom 4341  df-xp 4378  df-rel 4379  df-cnv 4380  df-co 4381  df-dm 4382  df-rn 4383  df-res 4384  df-ima 4385  df-iota 4894  df-fun 4931  df-fn 4932  df-f 4933  df-f1 4934  df-fo 4935  df-f1o 4936  df-fv 4937  df-riota 5495  df-ov 5542  df-oprab 5543  df-mpt2 5544  df-1st 5794  df-2nd 5795  df-recs 5950  df-irdg 5987  df-frec 6008  df-1o 6031  df-2o 6032  df-oadd 6035  df-omul 6036  df-er 6136  df-ec 6138  df-qs 6142  df-ni 6459  df-pli 6460  df-mi 6461  df-lti 6462  df-plpq 6499  df-mpq 6500  df-enq 6502  df-nqqs 6503  df-plqqs 6504  df-mqqs 6505  df-1nqqs 6506  df-rq 6507  df-ltnqqs 6508  df-enq0 6579  df-nq0 6580  df-0nq0 6581  df-plq0 6582  df-mq0 6583  df-inp 6621  df-i1p 6622  df-iplp 6623  df-iltp 6625  df-enr 6868  df-nr 6869  df-ltr 6872  df-0r 6873  df-1r 6874  df-0 6953  df-1 6954  df-r 6956  df-lt 6959  df-pnf 7120  df-mnf 7121  df-xr 7122  df-ltxr 7123  df-le 7124  df-sub 7246  df-neg 7247  df-reap 7639  df-ap 7646  df-div 7725  df-inn 7990  df-2 8048  df-3 8049  df-4 8050  df-n0 8239  df-z 8302  df-uz 8569  df-rp 8681  df-iseq 9375  df-iexp 9419  df-cj 9669  df-re 9670  df-im 9671  df-rsqrt 9824  df-abs 9825  df-clim 10030 This theorem is referenced by:  fclim  10045  climeu  10047  climrecl  10074
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