MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  lmmo Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lmmo 20942
Description: A sequence in a Hausdorff space converges to at most one limit. Part of Lemma 1.4-2(a) of [Kreyszig] p. 26. (Contributed by NM, 31-Jan-2008.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 1-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
lmmo.1 (𝜑𝐽 ∈ Haus)
lmmo.4 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴)
lmmo.5 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵)
Assertion
Ref Expression
lmmo (𝜑𝐴 = 𝐵)

Proof of Theorem lmmo
Dummy variables 𝑗 𝑘 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 an4 861 . . . . . . . . 9 (((𝑥𝐽𝑦𝐽) ∧ (𝐴𝑥𝐵𝑦)) ↔ ((𝑥𝐽𝐴𝑥) ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)))
2 nnuz 11558 . . . . . . . . . . . . 13 ℕ = (ℤ‘1)
3 simprr 792 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 𝐴𝑥)
4 1zzd 11244 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 1 ∈ ℤ)
5 lmmo.4 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴)
65adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴)
7 simprl 790 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 𝑥𝐽)
82, 3, 4, 6, 7lmcvg 20824 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥)
98ex 449 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑥𝐽𝐴𝑥) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
10 simprr 792 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 𝐵𝑦)
11 1zzd 11244 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 1 ∈ ℤ)
12 lmmo.5 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵)
1312adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵)
14 simprl 790 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 𝑦𝐽)
152, 10, 11, 13, 14lmcvg 20824 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦)
1615ex 449 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑦𝐽𝐵𝑦) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
179, 16anim12d 584 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (((𝑥𝐽𝐴𝑥) ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦)))
182rexanuz2 13886 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) ↔ (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
19 nnz 11235 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℤ)
20 uzid 11537 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
21 ne0i 3880 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ (ℤ𝑗) → (ℤ𝑗) ≠ ∅)
2219, 20, 213syl 18 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → (ℤ𝑗) ≠ ∅)
23 r19.2z 4012 . . . . . . . . . . . . . 14 (((ℤ𝑗) ≠ ∅ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦)) → ∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
24 elin 3758 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹𝑘) ∈ (𝑥𝑦) ↔ ((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
25 n0i 3879 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹𝑘) ∈ (𝑥𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2624, 25sylbir 224 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2726rexlimivw 3011 . . . . . . . . . . . . . 14 (∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2823, 27syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((ℤ𝑗) ≠ ∅ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2922, 28sylan 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
3029rexlimiva 3010 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
3118, 30sylbir 224 . . . . . . . . . 10 ((∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
3217, 31syl6 34 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (((𝑥𝐽𝐴𝑥) ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅))
331, 32syl5bi 231 . . . . . . . 8 (𝜑 → (((𝑥𝐽𝑦𝐽) ∧ (𝐴𝑥𝐵𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅))
3433expdimp 452 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝑦𝐽)) → ((𝐴𝑥𝐵𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅))
35 imnan 437 . . . . . . 7 (((𝐴𝑥𝐵𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅) ↔ ¬ ((𝐴𝑥𝐵𝑦) ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
3634, 35sylib 207 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝑦𝐽)) → ¬ ((𝐴𝑥𝐵𝑦) ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
37 df-3an 1033 . . . . . 6 ((𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅) ↔ ((𝐴𝑥𝐵𝑦) ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
3836, 37sylnibr 318 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝑦𝐽)) → ¬ (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
3938anassrs 678 . . . 4 (((𝜑𝑥𝐽) ∧ 𝑦𝐽) → ¬ (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
4039nrexdv 2984 . . 3 ((𝜑𝑥𝐽) → ¬ ∃𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
4140nrexdv 2984 . 2 (𝜑 → ¬ ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
42 lmmo.1 . . . 4 (𝜑𝐽 ∈ Haus)
43 haustop 20893 . . . . . . 7 (𝐽 ∈ Haus → 𝐽 ∈ Top)
4442, 43syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐽 ∈ Top)
45 eqid 2610 . . . . . . 7 𝐽 = 𝐽
4645toptopon 20496 . . . . . 6 (𝐽 ∈ Top ↔ 𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽))
4744, 46sylib 207 . . . . 5 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽))
48 lmcl 20859 . . . . 5 ((𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽) ∧ 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴) → 𝐴 𝐽)
4947, 5, 48syl2anc 691 . . . 4 (𝜑𝐴 𝐽)
50 lmcl 20859 . . . . 5 ((𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽) ∧ 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵) → 𝐵 𝐽)
5147, 12, 50syl2anc 691 . . . 4 (𝜑𝐵 𝐽)
5245hausnei 20890 . . . . 5 ((𝐽 ∈ Haus ∧ (𝐴 𝐽𝐵 𝐽𝐴𝐵)) → ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
53523exp2 1277 . . . 4 (𝐽 ∈ Haus → (𝐴 𝐽 → (𝐵 𝐽 → (𝐴𝐵 → ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅)))))
5442, 49, 51, 53syl3c 64 . . 3 (𝜑 → (𝐴𝐵 → ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅)))
5554necon1bd 2800 . 2 (𝜑 → (¬ ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅) → 𝐴 = 𝐵))
5641, 55mpd 15 1 (𝜑𝐴 = 𝐵)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 383  w3a 1031   = wceq 1475  wcel 1977  wne 2780  wral 2896  wrex 2897  cin 3539  c0 3874   cuni 4367   class class class wbr 4578  cfv 5790  1c1 9794  cn 10870  cz 11213  cuz 11522  Topctop 20465  TopOnctopon 20466  𝑡clm 20788  Hauscha 20870
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4704  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6825  ax-cnex 9849  ax-resscn 9850  ax-1cn 9851  ax-icn 9852  ax-addcl 9853  ax-addrcl 9854  ax-mulcl 9855  ax-mulrcl 9856  ax-mulcom 9857  ax-addass 9858  ax-mulass 9859  ax-distr 9860  ax-i2m1 9861  ax-1ne0 9862  ax-1rid 9863  ax-rnegex 9864  ax-rrecex 9865  ax-cnre 9866  ax-pre-lttri 9867  ax-pre-lttrn 9868  ax-pre-ltadd 9869  ax-pre-mulgt0 9870
This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4368  df-iun 4452  df-br 4579  df-opab 4639  df-mpt 4640  df-tr 4676  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-om 6936  df-1st 7037  df-2nd 7038  df-wrecs 7272  df-recs 7333  df-rdg 7371  df-er 7607  df-pm 7725  df-en 7820  df-dom 7821  df-sdom 7822  df-pnf 9933  df-mnf 9934  df-xr 9935  df-ltxr 9936  df-le 9937  df-sub 10120  df-neg 10121  df-nn 10871  df-z 11214  df-uz 11523  df-top 20469  df-topon 20471  df-lm 20791  df-haus 20877
This theorem is referenced by:  lmfun  20943  occllem  27340  nlelchi  28098  hmopidmchi  28188
  Copyright terms: Public domain W3C validator