Theorem 2clim 15523

Description: If two sequences converge to each other, they converge to the same limit. (Contributed by NM, 24-Dec-2005.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 31-Jan-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
2clim.1	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
2clim.2	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
2clim.3	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝑉)
2clim.5	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
2clim.6	⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < 𝑥)
2clim.7	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ 𝐴)

Assertion

Ref	Expression
2clim	⊢ (𝜑 → 𝐺 ⇝ 𝐴)

Distinct variable groups:   𝑗,𝑘,𝐴   𝑥,𝑗,𝐹,𝑘   𝑗,𝐺,𝑥   𝑗,𝑀   𝜑,𝑗,𝑘   𝑗,𝑍,𝑘,𝑥   𝑘,𝐺

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐴(𝑥)   𝑀(𝑥,𝑘)   𝑉(𝑥,𝑗,𝑘)

Proof of Theorem 2clim

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2clim.6	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < 𝑥)
2		rphalfcl 13008	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℝ+)
3		breq2 5152	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = (𝑦 / 2) → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < 𝑥 ↔ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2)))
4	3	rexralbidv 3219	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = (𝑦 / 2) → (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < 𝑥 ↔ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2)))
5	4	rspccva 3611	. . . . . 6 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < 𝑥 ∧ (𝑦 / 2) ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2))
6	1, 2, 5	syl2an 595	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2))
7		2clim.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
8		2clim.2	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
9	8	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → 𝑀 ∈ ℤ)
10	2	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (𝑦 / 2) ∈ ℝ+)
11		eqidd 2732	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑘))
12		2clim.7	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ 𝐴)
13	12	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → 𝐹 ⇝ 𝐴)
14	7, 9, 10, 11, 13	climi 15461	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2)))
15	7	rexanuz2 15303	. . . . 5 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) ↔ (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))))
16	6, 14, 15	sylanbrc 582	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))))
17	7	uztrn2 12848	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)) → 𝑘 ∈ 𝑍)
18		an12 642	. . . . . . . . 9 ⊢ (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) ↔ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))))
19		simprr 770	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
20		2clim.5	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
21	20	ad2ant2r 744	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
22	19, 21	abssubd 15407	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) = (abs‘((𝐺‘𝑘) − (𝐹‘𝑘))))
23	22	breq1d 5158	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ↔ (abs‘((𝐺‘𝑘) − (𝐹‘𝑘))) < (𝑦 / 2)))
24	23	anbi1d 629	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2)) ↔ ((abs‘((𝐺‘𝑘) − (𝐹‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))))
25		climcl 15450	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐹 ⇝ 𝐴 → 𝐴 ∈ ℂ)
26	12, 25	syl 17	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
27	26	ad2antrr 723	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → 𝐴 ∈ ℂ)
28		rpre 12989	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ+ → 𝑦 ∈ ℝ)
29	28	ad2antlr 724	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → 𝑦 ∈ ℝ)
30		abs3lem 15292	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐺‘𝑘) ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℝ)) → (((abs‘((𝐺‘𝑘) − (𝐹‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2)) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
31	21, 27, 19, 29, 30	syl22anc 836	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → (((abs‘((𝐺‘𝑘) − (𝐹‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2)) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
32	24, 31	sylbid 239	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2)) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
33	32	anassrs 467	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2)) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
34	33	expimpd 453	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
35	18, 34	biimtrid 241	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
36	17, 35	sylan2 592	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ (𝑗 ∈ 𝑍 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗))) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
37	36	anassrs 467	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) → (abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
38	37	ralimdva 3166	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
39	38	reximdva 3167	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐺‘𝑘))) < (𝑦 / 2) ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − 𝐴)) < (𝑦 / 2))) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
40	16, 39	mpd 15	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦)
41	40	ralrimiva 3145	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑦 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦)
42		2clim.3	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝑉)
43		eqidd 2732	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐺‘𝑘) = (𝐺‘𝑘))
44	7, 8, 42, 43, 26, 20	clim2c 15456	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐺 ⇝ 𝐴 ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘((𝐺‘𝑘) − 𝐴)) < 𝑦))
45	41, 44	mpbird 257	1 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ⇝ 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2105  ∀wral 3060  ∃wrex 3069   class class class wbr 5148  ‘cfv 6543  (class class class)co 7412  ℂcc 11114  ℝcr 11115   < clt 11255   − cmin 11451   / cdiv 11878  2c2 12274  ℤcz 12565  ℤ_≥cuz 12829  ℝ⁺crp 12981  abscabs 15188   ⇝ cli 15435

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2702  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7729  ax-cnex 11172  ax-resscn 11173  ax-1cn 11174  ax-icn 11175  ax-addcl 11176  ax-addrcl 11177  ax-mulcl 11178  ax-mulrcl 11179  ax-mulcom 11180  ax-addass 11181  ax-mulass 11182  ax-distr 11183  ax-i2m1 11184  ax-1ne0 11185  ax-1rid 11186  ax-rnegex 11187  ax-rrecex 11188  ax-cnre 11189  ax-pre-lttri 11190  ax-pre-lttrn 11191  ax-pre-ltadd 11192  ax-pre-mulgt0 11193  ax-pre-sup 11194

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3375  df-reu 3376  df-rab 3432  df-v 3475  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7368  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7860  df-2nd 7980  df-frecs 8272  df-wrecs 8303  df-recs 8377  df-rdg 8416  df-er 8709  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-sup 9443  df-pnf 11257  df-mnf 11258  df-xr 11259  df-ltxr 11260  df-le 11261  df-sub 11453  df-neg 11454  df-div 11879  df-nn 12220  df-2 12282  df-3 12283  df-n0 12480  df-z 12566  df-uz 12830  df-rp 12982  df-seq 13974  df-exp 14035  df-cj 15053  df-re 15054  df-im 15055  df-sqrt 15189  df-abs 15190  df-clim 15439

This theorem is referenced by:  mertens  15839