Theorem limcmpted 12801

Description: Express the limit operator for a function defined by a mapping, via epsilon-delta. (Contributed by Jim Kingdon, 3-Nov-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
limcmpted.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℂ)
limcmpted.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
limcmpted.f	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝐷 ∈ ℂ)

Assertion

Ref	Expression
limcmpted	⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ ((𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷) limℂ 𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℂ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥))))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦,𝑧   𝑥,𝐵,𝑦,𝑧   𝑥,𝐶,𝑦,𝑧   𝑥,𝐷,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦,𝑧

Allowed substitution hint:   𝐷(𝑧)

Proof of Theorem limcmpted

Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nfcv 2281	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑤𝐷
2		nfcsb1v 3035	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑧⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷
3		csbeq1a 3012	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → 𝐷 = ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)
4	1, 2, 3	cbvmpt 4023	. . . . 5 ⊢ (𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷) = (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)
5	4	a1i 9	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷) = (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷))
6	5	oveq1d 5789	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷) limℂ 𝐵) = ((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷) limℂ 𝐵))
7	6	eleq2d 2209	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ ((𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷) limℂ 𝐵) ↔ 𝐶 ∈ ((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷) limℂ 𝐵)))
8		limcmpted.f	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝐷 ∈ ℂ)
9	8	fmpttd 5575	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷):𝐴⟶ℂ)
10	4	feq1i 5265	. . . 4 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷):𝐴⟶ℂ ↔ (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷):𝐴⟶ℂ)
11	9, 10	sylib 121	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷):𝐴⟶ℂ)
12		limcmpted.a	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℂ)
13		limcmpted.b	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
14		nfcv 2281	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑧𝐴
15	14, 2	nfmpt 4020	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧(𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)
16	11, 12, 13, 15	ellimc3apf 12798	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ ((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷) limℂ 𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℂ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥))))
17		eqid 2139	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷) = (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)
18		eqcom 2141	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = 𝑤 ↔ 𝑤 = 𝑧)
19		eqcom 2141	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐷 = ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷 ↔ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷 = 𝐷)
20	3, 18, 19	3imtr3i 199	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷 = 𝐷)
21		simpr 109	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ 𝐴)
22	17, 20, 21, 8	fvmptd3 5514	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → ((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) = 𝐷)
23	22	fvoveq1d 5796	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) = (abs‘(𝐷 − 𝐶)))
24	23	breq1d 3939	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → ((abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥 ↔ (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥))
25	24	imbi2d 229	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥) ↔ ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥)))
26	25	ralbidva 2433	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥) ↔ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥)))
27	26	rexbidv 2438	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥)))
28	27	ralbidv 2437	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥)))
29	28	anbi2d 459	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 ∈ ℂ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ ⦋𝑤 / 𝑧⦌𝐷)‘𝑧) − 𝐶)) < 𝑥)) ↔ (𝐶 ∈ ℂ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥))))
30	7, 16, 29	3bitrd 213	1 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ ((𝑧 ∈ 𝐴 ↦ 𝐷) limℂ 𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℂ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝐴 ((𝑧 # 𝐵 ∧ (abs‘(𝑧 − 𝐵)) < 𝑦) → (abs‘(𝐷 − 𝐶)) < 𝑥))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1331   ∈ wcel 1480  ∀wral 2416  ∃wrex 2417  ⦋csb 3003   ⊆ wss 3071   class class class wbr 3929   ↦ cmpt 3989  ⟶wf 5119  ‘cfv 5123  (class class class)co 5774  ℂcc 7618   < clt 7800   − cmin 7933   # cap 8343  ℝ⁺crp 9441  abscabs 10769   lim_ℂ climc 12792

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2121  ax-sep 4046  ax-pow 4098  ax-pr 4131  ax-un 4355  ax-setind 4452  ax-cnex 7711

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2002  df-mo 2003  df-clab 2126  df-cleq 2132  df-clel 2135  df-nfc 2270  df-ne 2309  df-ral 2421  df-rex 2422  df-rab 2425  df-v 2688  df-sbc 2910  df-csb 3004  df-dif 3073  df-un 3075  df-in 3077  df-ss 3084  df-pw 3512  df-sn 3533  df-pr 3534  df-op 3536  df-uni 3737  df-br 3930  df-opab 3990  df-mpt 3991  df-id 4215  df-xp 4545  df-rel 4546  df-cnv 4547  df-co 4548  df-dm 4549  df-rn 4550  df-res 4551  df-ima 4552  df-iota 5088  df-fun 5125  df-fn 5126  df-f 5127  df-fv 5131  df-ov 5777  df-oprab 5778  df-mpo 5779  df-pm 6545  df-limced 12794

This theorem is referenced by:  limccnp2cntop  12815  limccoap  12816