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Theorem climuni 11055
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  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B )  ->  A  =  B )

Proof of Theorem climuni
Dummy variables  j  k are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 1z 9073 . . 3  |-  1  e.  ZZ
2 nnuz 9354 . . . . . . 7  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
3 1zzd 9074 . . . . . . 7  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  1  e.  ZZ )
4 climcl 11044 . . . . . . . . . . 11  |-  ( F  ~~>  A  ->  A  e.  CC )
543ad2ant1 1002 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  A  e.  CC )
6 climcl 11044 . . . . . . . . . . 11  |-  ( F  ~~>  B  ->  B  e.  CC )
763ad2ant2 1003 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  B  e.  CC )
85, 7subcld 8066 . . . . . . . . 9  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  ( A  -  B )  e.  CC )
9 simp3 983 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  A #  B )
105, 7, 9subap0d 8399 . . . . . . . . 9  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  ( A  -  B ) #  0 )
118, 10absrpclapd 10953 . . . . . . . 8  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  ( abs `  ( A  -  B )
)  e.  RR+ )
1211rphalfcld 9489 . . . . . . 7  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
)  e.  RR+ )
13 eqidd 2138 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F  ~~>  A  /\  F 
~~>  B  /\  A #  B
)  /\  k  e.  NN )  ->  ( F `
 k )  =  ( F `  k
) )
14 simp1 981 . . . . . . 7  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  F  ~~>  A )
152, 3, 12, 13, 14climi 11049 . . . . . 6  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )
16 simp2 982 . . . . . . 7  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  F  ~~>  B )
172, 3, 12, 13, 16climi 11049 . . . . . 6  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )
182rexanuz2 10756 . . . . . 6  |-  ( E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
) )  /\  (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
) ) )  <->  ( E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 ) )  /\  E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  B ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 ) ) ) )
1915, 17, 18sylanbrc 413 . . . . 5  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
) )  /\  (
( F `  k
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
) ) ) )
20 nnz 9066 . . . . . . . . 9  |-  ( j  e.  NN  ->  j  e.  ZZ )
21 uzid 9333 . . . . . . . . 9  |-  ( j  e.  ZZ  ->  j  e.  ( ZZ>= `  j )
)
22 elex2 2697 . . . . . . . . 9  |-  ( j  e.  ( ZZ>= `  j
)  ->  E. k 
k  e.  ( ZZ>= `  j ) )
23 r19.2m 3444 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( E. k  k  e.  ( ZZ>= `  j )  /\  A. k  e.  (
ZZ>= `  j ) ( ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 ) )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) ) )  ->  E. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 ) )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) ) )
2423ex 114 . . . . . . . . 9  |-  ( E. k  k  e.  (
ZZ>= `  j )  -> 
( A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  E. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) ) ) )
2520, 21, 22, 244syl 18 . . . . . . . 8  |-  ( j  e.  NN  ->  ( A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 ) )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  E. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) ) ) )
26 simpr 109 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( F `  k )  e.  CC )
27 simpll 518 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  A  e.  CC )
2826, 27abssubd 10958 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( abs `  (
( F `  k
)  -  A ) )  =  ( abs `  ( A  -  ( F `  k )
) ) )
2928breq1d 3934 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 )  <-> 
( abs `  ( A  -  ( F `  k ) ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
) ) )
30 simplr 519 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  B  e.  CC )
31 subcl 7954 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  ->  ( A  -  B
)  e.  CC )
3231adantr 274 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( A  -  B )  e.  CC )
3332abscld 10946 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( abs `  ( A  -  B )
)  e.  RR )
34 abs3lem 10876 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( A  -  B
) )  e.  RR ) )  ->  (
( ( abs `  ( A  -  ( F `  k ) ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
)  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  ->  ( abs `  ( A  -  B
) )  <  ( abs `  ( A  -  B ) ) ) )
3527, 30, 26, 33, 34syl22anc 1217 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( ( ( abs `  ( A  -  ( F `  k ) ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
)  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  ->  ( abs `  ( A  -  B
) )  <  ( abs `  ( A  -  B ) ) ) )
3633ltnrd 7868 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  -.  ( abs `  ( A  -  B
) )  <  ( abs `  ( A  -  B ) ) )
3736pm2.21d 608 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  <  ( abs `  ( A  -  B ) )  ->  -.  1  e.  ZZ ) )
3835, 37syld 45 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( ( ( abs `  ( A  -  ( F `  k ) ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B
) )  /  2
)  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  ->  -.  1  e.  ZZ ) )
3938expd 256 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( ( abs `  ( A  -  ( F `  k )
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 )  ->  -.  1  e.  ZZ ) ) )
4029, 39sylbid 149 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( F `  k )  e.  CC )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  k )  -  B
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 )  ->  -.  1  e.  ZZ ) ) )
4140impr 376 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  (
( abs `  (
( F `  k
)  -  B ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 )  ->  -.  1  e.  ZZ ) )
4241adantld 276 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  (
( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  (
( F `  k
)  -  B ) )  <  ( ( abs `  ( A  -  B ) )  /  2 ) )  ->  -.  1  e.  ZZ ) )
4342expimpd 360 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  ->  ( ( ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  A ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  -.  1  e.  ZZ )
)
4443rexlimdvw 2551 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  ->  ( E. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  -.  1  e.  ZZ )
)
4525, 44sylan9r 407 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  /\  j  e.  NN )  ->  ( A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  -.  1  e.  ZZ )
)
4645rexlimdva 2547 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  ->  ( E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  -.  1  e.  ZZ )
)
475, 7, 46syl2anc 408 . . . . 5  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  ( E. j  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( ( ( F `
 k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `  k )  -  A
) )  <  (
( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) )  /\  ( ( F `  k )  e.  CC  /\  ( abs `  ( ( F `
 k )  -  B ) )  < 
( ( abs `  ( A  -  B )
)  /  2 ) ) )  ->  -.  1  e.  ZZ )
)
4819, 47mpd 13 . . . 4  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B  /\  A #  B )  ->  -.  1  e.  ZZ )
49483expia 1183 . . 3  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B )  ->  ( A #  B  ->  -.  1  e.  ZZ ) )
501, 49mt2i 633 . 2  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B )  ->  -.  A #  B )
51 apti 8377 . . 3  |-  ( ( A  e.  CC  /\  B  e.  CC )  ->  ( A  =  B  <->  -.  A #  B )
)
524, 6, 51syl2an 287 . 2  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B )  ->  ( A  =  B  <->  -.  A #  B ) )
5350, 52mpbird 166 1  |-  ( ( F  ~~>  A  /\  F  ~~>  B )  ->  A  =  B )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 103    <-> wb 104    /\ w3a 962    = wceq 1331   E.wex 1468    e. wcel 1480   A.wral 2414   E.wrex 2415   class class class wbr 3924   ` cfv 5118  (class class class)co 5767   CCcc 7611   RRcr 7612   1c1 7614    < clt 7793    - cmin 7926   # cap 8336    / cdiv 8425   NNcn 8713   2c2 8764   ZZcz 9047   ZZ>=cuz 9319   abscabs 10762    ~~> cli 11040
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 2119  ax-coll 4038  ax-sep 4041  ax-nul 4049  ax-pow 4093  ax-pr 4126  ax-un 4350  ax-setind 4447  ax-iinf 4497  ax-cnex 7704  ax-resscn 7705  ax-1cn 7706  ax-1re 7707  ax-icn 7708  ax-addcl 7709  ax-addrcl 7710  ax-mulcl 7711  ax-mulrcl 7712  ax-addcom 7713  ax-mulcom 7714  ax-addass 7715  ax-mulass 7716  ax-distr 7717  ax-i2m1 7718  ax-0lt1 7719  ax-1rid 7720  ax-0id 7721  ax-rnegex 7722  ax-precex 7723  ax-cnre 7724  ax-pre-ltirr 7725  ax-pre-ltwlin 7726  ax-pre-lttrn 7727  ax-pre-apti 7728  ax-pre-ltadd 7729  ax-pre-mulgt0 7730  ax-pre-mulext 7731  ax-arch 7732  ax-caucvg 7733
This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2000  df-mo 2001  df-clab 2124  df-cleq 2130  df-clel 2133  df-nfc 2268  df-ne 2307  df-nel 2402  df-ral 2419  df-rex 2420  df-reu 2421  df-rmo 2422  df-rab 2423  df-v 2683  df-sbc 2905  df-csb 2999  df-dif 3068  df-un 3070  df-in 3072  df-ss 3079  df-nul 3359  df-if 3470  df-pw 3507  df-sn 3528  df-pr 3529  df-op 3531  df-uni 3732  df-int 3767  df-iun 3810  df-br 3925  df-opab 3985  df-mpt 3986  df-tr 4022  df-id 4210  df-po 4213  df-iso 4214  df-iord 4283  df-on 4285  df-ilim 4286  df-suc 4288  df-iom 4500  df-xp 4540  df-rel 4541  df-cnv 4542  df-co 4543  df-dm 4544  df-rn 4545  df-res 4546  df-ima 4547  df-iota 5083  df-fun 5120  df-fn 5121  df-f 5122  df-f1 5123  df-fo 5124  df-f1o 5125  df-fv 5126  df-riota 5723  df-ov 5770  df-oprab 5771  df-mpo 5772  df-1st 6031  df-2nd 6032  df-recs 6195  df-frec 6281  df-pnf 7795  df-mnf 7796  df-xr 7797  df-ltxr 7798  df-le 7799  df-sub 7928  df-neg 7929  df-reap 8330  df-ap 8337  df-div 8426  df-inn 8714  df-2 8772  df-3 8773  df-4 8774  df-n0 8971  df-z 9048  df-uz 9320  df-rp 9435  df-seqfrec 10212  df-exp 10286  df-cj 10607  df-re 10608  df-im 10609  df-rsqrt 10763  df-abs 10764  df-clim 11041
This theorem is referenced by:  fclim  11056  climeu  11058  climrecl  11086  summodclem2  11144  summodc  11145  ef0  11367  efcj  11368  efaddlem  11369
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