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Theorem climrlim2 14563
Description: Produce a real limit from an integer limit, where the real function is only dependent on the integer part of 𝑥. (Contributed by Mario Carneiro, 2-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
climrlim2.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
climrlim2.2 (𝑛 = (⌊‘𝑥) → 𝐵 = 𝐶)
climrlim2.3 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
climrlim2.4 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
climrlim2.5 (𝜑 → (𝑛𝑍𝐵) ⇝ 𝐷)
climrlim2.6 ((𝜑𝑛𝑍) → 𝐵 ∈ ℂ)
climrlim2.7 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑀𝑥)
Assertion
Ref Expression
climrlim2 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐷)
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝐶,𝑛   𝑥,𝐷   𝑥,𝑛,𝜑   𝑛,𝑍,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑛)   𝐵(𝑛)   𝐶(𝑥)   𝐷(𝑛)   𝑀(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem climrlim2
Dummy variables 𝑗 𝑦 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 climrlim2.5 . 2 (𝜑 → (𝑛𝑍𝐵) ⇝ 𝐷)
2 eluzelz 11896 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑗 ∈ ℤ)
3 climrlim2.1 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑍 = (ℤ𝑀)
42, 3eleq2s 2862 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗𝑍𝑗 ∈ ℤ)
54ad2antlr 718 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → 𝑗 ∈ ℤ)
6 climrlim2.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
76sselda 3761 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
87flcld 12807 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑥𝐴) → (⌊‘𝑥) ∈ ℤ)
98adantlr 706 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝐴) → (⌊‘𝑥) ∈ ℤ)
109ad2ant2r 753 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → (⌊‘𝑥) ∈ ℤ)
11 simprr 789 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → 𝑗𝑥)
127adantlr 706 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
1312ad2ant2r 753 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → 𝑥 ∈ ℝ)
14 flge 12814 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑗 ∈ ℤ) → (𝑗𝑥𝑗 ≤ (⌊‘𝑥)))
1513, 5, 14syl2anc 579 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → (𝑗𝑥𝑗 ≤ (⌊‘𝑥)))
1611, 15mpbid 223 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → 𝑗 ≤ (⌊‘𝑥))
17 eluz2 11892 . . . . . . . . . . . . . 14 ((⌊‘𝑥) ∈ (ℤ𝑗) ↔ (𝑗 ∈ ℤ ∧ (⌊‘𝑥) ∈ ℤ ∧ 𝑗 ≤ (⌊‘𝑥)))
185, 10, 16, 17syl3anbrc 1443 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → (⌊‘𝑥) ∈ (ℤ𝑗))
19 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦)
2019ralimi 3099 . . . . . . . . . . . . 13 (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦)
21 fveq2 6375 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 = (⌊‘𝑥) → ((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) = ((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)))
2221fvoveq1d 6864 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 = (⌊‘𝑥) → (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) = (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) − 𝐷)))
2322breq1d 4819 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 = (⌊‘𝑥) → ((abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦 ↔ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) − 𝐷)) < 𝑦))
2423rspcv 3457 . . . . . . . . . . . . 13 ((⌊‘𝑥) ∈ (ℤ𝑗) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦 → (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) − 𝐷)) < 𝑦))
2518, 20, 24syl2im 40 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) − 𝐷)) < 𝑦))
26 climrlim2.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
2726adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑀 ∈ ℤ)
28 climrlim2.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑀𝑥)
29 flge 12814 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (𝑀𝑥𝑀 ≤ (⌊‘𝑥)))
307, 27, 29syl2anc 579 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑥𝐴) → (𝑀𝑥𝑀 ≤ (⌊‘𝑥)))
3128, 30mpbid 223 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑀 ≤ (⌊‘𝑥))
32 eluz2 11892 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((⌊‘𝑥) ∈ (ℤ𝑀) ↔ (𝑀 ∈ ℤ ∧ (⌊‘𝑥) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ (⌊‘𝑥)))
3327, 8, 31, 32syl3anbrc 1443 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑥𝐴) → (⌊‘𝑥) ∈ (ℤ𝑀))
3433, 3syl6eleqr 2855 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥𝐴) → (⌊‘𝑥) ∈ 𝑍)
35 climrlim2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑛 = (⌊‘𝑥) → 𝐵 = 𝐶)
3635eleq1d 2829 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛 = (⌊‘𝑥) → (𝐵 ∈ ℂ ↔ 𝐶 ∈ ℂ))
37 climrlim2.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑛𝑍) → 𝐵 ∈ ℂ)
3837ralrimiva 3113 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑 → ∀𝑛𝑍 𝐵 ∈ ℂ)
3938adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑥𝐴) → ∀𝑛𝑍 𝐵 ∈ ℂ)
4036, 39, 34rspcdva 3467 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶 ∈ ℂ)
41 eqid 2765 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛𝑍𝐵) = (𝑛𝑍𝐵)
4235, 41fvmptg 6469 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((⌊‘𝑥) ∈ 𝑍𝐶 ∈ ℂ) → ((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) = 𝐶)
4334, 40, 42syl2anc 579 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑥𝐴) → ((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) = 𝐶)
4443adantlr 706 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) = 𝐶)
4544ad2ant2r 753 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → ((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) = 𝐶)
4645fvoveq1d 6864 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) − 𝐷)) = (abs‘(𝐶𝐷)))
4746breq1d 4819 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → ((abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘(⌊‘𝑥)) − 𝐷)) < 𝑦 ↔ (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦))
4825, 47sylibd 230 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ (𝑥𝐴𝑗𝑥)) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦))
4948expr 448 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑗𝑥 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
5049com23 86 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) ∧ 𝑥𝐴) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
5150ralrimdva 3116 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
52 eluzelre 11897 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑗 ∈ ℝ)
5352, 3eleq2s 2862 . . . . . . . . 9 (𝑗𝑍𝑗 ∈ ℝ)
5453adantl 473 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) → 𝑗 ∈ ℝ)
5551, 54jctild 521 . . . . . . 7 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑗𝑍) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → (𝑗 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦))))
5655expimpd 445 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦)) → (𝑗 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦))))
5756reximdv2 3160 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
5857ralimdva 3109 . . . 4 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦) → ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
5958adantld 484 . . 3 (𝜑 → ((𝐷 ∈ ℂ ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦)) → ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
60 climrel 14508 . . . . . 6 Rel ⇝
6160brrelex1i 5328 . . . . 5 ((𝑛𝑍𝐵) ⇝ 𝐷 → (𝑛𝑍𝐵) ∈ V)
621, 61syl 17 . . . 4 (𝜑 → (𝑛𝑍𝐵) ∈ V)
63 eqidd 2766 . . . 4 ((𝜑𝑘𝑍) → ((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) = ((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘))
643, 26, 62, 63clim2 14520 . . 3 (𝜑 → ((𝑛𝑍𝐵) ⇝ 𝐷 ↔ (𝐷 ∈ ℂ ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(((𝑛𝑍𝐵)‘𝑘) − 𝐷)) < 𝑦))))
6540ralrimiva 3113 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑥𝐴 𝐶 ∈ ℂ)
66 climcl 14515 . . . . 5 ((𝑛𝑍𝐵) ⇝ 𝐷𝐷 ∈ ℂ)
671, 66syl 17 . . . 4 (𝜑𝐷 ∈ ℂ)
6865, 6, 67rlim2 14512 . . 3 (𝜑 → ((𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐷 ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 (𝑗𝑥 → (abs‘(𝐶𝐷)) < 𝑦)))
6959, 64, 683imtr4d 285 . 2 (𝜑 → ((𝑛𝑍𝐵) ⇝ 𝐷 → (𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐷))
701, 69mpd 15 1 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐷)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 197  wa 384   = wceq 1652  wcel 2155  wral 3055  wrex 3056  Vcvv 3350  wss 3732   class class class wbr 4809  cmpt 4888  cfv 6068  (class class class)co 6842  cc 10187  cr 10188   < clt 10328  cle 10329  cmin 10520  cz 11624  cuz 11886  +crp 12028  cfl 12799  abscabs 14259  cli 14500  𝑟 crli 14501
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-iun 4678  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-om 7264  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-er 7947  df-pm 8063  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-sup 8555  df-inf 8556  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-nn 11275  df-n0 11539  df-z 11625  df-uz 11887  df-fl 12801  df-clim 14504  df-rlim 14505
This theorem is referenced by:  dchrisum0lem2a  25497
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