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Theorem climuni 11095
 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 9105 . . 3 1 ∈ ℤ
2 nnuz 9386 . . . . . . 7 ℕ = (ℤ‘1)
3 1zzd 9106 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 1 ∈ ℤ)
4 climcl 11084 . . . . . . . . . . 11 (𝐹𝐴𝐴 ∈ ℂ)
543ad2ant1 1003 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐴 ∈ ℂ)
6 climcl 11084 . . . . . . . . . . 11 (𝐹𝐵𝐵 ∈ ℂ)
763ad2ant2 1004 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐵 ∈ ℂ)
85, 7subcld 8098 . . . . . . . . 9 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
9 simp3 984 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐴 # 𝐵)
105, 7, 9subap0d 8431 . . . . . . . . 9 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (𝐴𝐵) # 0)
118, 10absrpclapd 10993 . . . . . . . 8 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → (abs‘(𝐴𝐵)) ∈ ℝ+)
1211rphalfcld 9527 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∈ ℝ+)
13 eqidd 2141 . . . . . . 7 (((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
14 simp1 982 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐹𝐴)
152, 3, 12, 13, 14climi 11089 . . . . . 6 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))
16 simp2 983 . . . . . . 7 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → 𝐹𝐵)
172, 3, 12, 13, 16climi 11089 . . . . . 6 ((𝐹𝐴𝐹𝐵𝐴 # 𝐵) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))
182rexanuz2 10796 . . . . . 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 414 . . . . 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 9098 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℤ)
21 uzid 9365 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
22 elex2 2705 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (ℤ𝑗) → ∃𝑘 𝑘 ∈ (ℤ𝑗))
23 r19.2m 3454 . . . . . . . . . 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 114 . . . . . . . . 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 109 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
27 simpll 519 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → 𝐴 ∈ ℂ)
2826, 27abssubd 10998 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) = (abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))))
2928breq1d 3947 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)))
30 simplr 520 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → 𝐵 ∈ ℂ)
31 subcl 7986 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
3231adantr 274 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
3332abscld 10986 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐴𝐵)) ∈ ℝ)
34 abs3lem 10916 . . . . . . . . . . . . . . . 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 1218 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → (abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵))))
3633ltnrd 7900 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ¬ (abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵)))
3736pm2.21d 609 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐴𝐵)) < (abs‘(𝐴𝐵)) → ¬ 1 ∈ ℤ))
3835, 37syld 45 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → ¬ 1 ∈ ℤ))
3938expd 256 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐴 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ¬ 1 ∈ ℤ)))
4029, 39sylbid 149 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ¬ 1 ∈ ℤ)))
4140impr 377 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4241adantld 276 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → (((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4342expimpd 361 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → ((((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐴)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2)) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐴𝐵)) / 2))) → ¬ 1 ∈ ℤ))
4443rexlimdvw 2556 . . . . . . . 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 408 . . . . . . 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 2552 . . . . . 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 409 . . . . 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 1184 . . 3 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → (𝐴 # 𝐵 → ¬ 1 ∈ ℤ))
501, 49mt2i 634 . 2 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → ¬ 𝐴 # 𝐵)
51 apti 8409 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (𝐴 = 𝐵 ↔ ¬ 𝐴 # 𝐵))
524, 6, 51syl2an 287 . 2 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → (𝐴 = 𝐵 ↔ ¬ 𝐴 # 𝐵))
5350, 52mpbird 166 1 ((𝐹𝐴𝐹𝐵) → 𝐴 = 𝐵)
 Colors of variables: wff set class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   ∧ w3a 963   = wceq 1332  ∃wex 1469   ∈ wcel 1481  ∀wral 2417  ∃wrex 2418   class class class wbr 3937  ‘cfv 5131  (class class class)co 5782  ℂcc 7643  ℝcr 7644  1c1 7646   < clt 7825   − cmin 7958   # cap 8368   / cdiv 8457  ℕcn 8745  2c2 8796  ℤcz 9079  ℤ≥cuz 9351  abscabs 10802   ⇝ cli 11080 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 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1483  ax-10 1484  ax-11 1485  ax-i12 1486  ax-bndl 1487  ax-4 1488  ax-13 1492  ax-14 1493  ax-17 1507  ax-i9 1511  ax-ial 1515  ax-i5r 1516  ax-ext 2122  ax-coll 4051  ax-sep 4054  ax-nul 4062  ax-pow 4106  ax-pr 4139  ax-un 4363  ax-setind 4460  ax-iinf 4510  ax-cnex 7736  ax-resscn 7737  ax-1cn 7738  ax-1re 7739  ax-icn 7740  ax-addcl 7741  ax-addrcl 7742  ax-mulcl 7743  ax-mulrcl 7744  ax-addcom 7745  ax-mulcom 7746  ax-addass 7747  ax-mulass 7748  ax-distr 7749  ax-i2m1 7750  ax-0lt1 7751  ax-1rid 7752  ax-0id 7753  ax-rnegex 7754  ax-precex 7755  ax-cnre 7756  ax-pre-ltirr 7757  ax-pre-ltwlin 7758  ax-pre-lttrn 7759  ax-pre-apti 7760  ax-pre-ltadd 7761  ax-pre-mulgt0 7762  ax-pre-mulext 7763  ax-arch 7764  ax-caucvg 7765 This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1737  df-eu 2003  df-mo 2004  df-clab 2127  df-cleq 2133  df-clel 2136  df-nfc 2271  df-ne 2310  df-nel 2405  df-ral 2422  df-rex 2423  df-reu 2424  df-rmo 2425  df-rab 2426  df-v 2691  df-sbc 2914  df-csb 3008  df-dif 3078  df-un 3080  df-in 3082  df-ss 3089  df-nul 3369  df-if 3480  df-pw 3517  df-sn 3538  df-pr 3539  df-op 3541  df-uni 3745  df-int 3780  df-iun 3823  df-br 3938  df-opab 3998  df-mpt 3999  df-tr 4035  df-id 4223  df-po 4226  df-iso 4227  df-iord 4296  df-on 4298  df-ilim 4299  df-suc 4301  df-iom 4513  df-xp 4553  df-rel 4554  df-cnv 4555  df-co 4556  df-dm 4557  df-rn 4558  df-res 4559  df-ima 4560  df-iota 5096  df-fun 5133  df-fn 5134  df-f 5135  df-f1 5136  df-fo 5137  df-f1o 5138  df-fv 5139  df-riota 5738  df-ov 5785  df-oprab 5786  df-mpo 5787  df-1st 6046  df-2nd 6047  df-recs 6210  df-frec 6296  df-pnf 7827  df-mnf 7828  df-xr 7829  df-ltxr 7830  df-le 7831  df-sub 7960  df-neg 7961  df-reap 8362  df-ap 8369  df-div 8458  df-inn 8746  df-2 8804  df-3 8805  df-4 8806  df-n0 9003  df-z 9080  df-uz 9352  df-rp 9472  df-seqfrec 10251  df-exp 10325  df-cj 10647  df-re 10648  df-im 10649  df-rsqrt 10803  df-abs 10804  df-clim 11081 This theorem is referenced by:  fclim  11096  climeu  11098  climrecl  11126  summodclem2  11184  summodc  11185  prodmodclem2  11379  prodmodc  11380  ef0  11416  efcj  11417  efaddlem  11418
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