Theorem divcnvlin 36044

Description: Limit of the ratio of two linear functions. (Contributed by Scott Fenton, 17-Dec-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
divcnvlin.1	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
divcnvlin.2	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
divcnvlin.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
divcnvlin.4	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℤ)
divcnvlin.5	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ 𝑉)
divcnvlin.6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) = ((𝑘 + 𝐴) / (𝑘 + 𝐵)))

Assertion

Ref	Expression
divcnvlin	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ 1)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝐵,𝑘   𝑘,𝐹   𝜑,𝑘   𝑘,𝑀   𝑘,𝑍

Allowed substitution hint:   𝑉(𝑘)

Proof of Theorem divcnvlin

Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nncn 12212	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℂ)
2	1	adantl 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℂ)
3		divcnvlin.3	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
4		divcnvlin.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℤ)
5	4	zcnd 12672	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
6	3, 5	subcld 11536	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − 𝐵) ∈ ℂ)
7	6	adantr 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐴 − 𝐵) ∈ ℂ)
8		nnne0 12241	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ≠ 0)
9	8	adantl 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ≠ 0)
10	2, 7, 2, 9	divdird 11999	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚) = ((𝑚 / 𝑚) + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))
11	2, 9	dividd 11959	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑚 / 𝑚) = 1)
12	11	oveq1d 7406	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑚 / 𝑚) + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)) = (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))
13	10, 12	eqtrd 2796	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚) = (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))
14	13	mpteq2dva 5190	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))))
15		nnuz 12872	. . . . 5 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
16		1zzd 12596	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
17		divcnv 15874	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 − 𝐵) ∈ ℂ → (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)) ⇝ 0)
18	6, 17	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)) ⇝ 0)
19		1cnd 11169	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
20		nnex 12210	. . . . . . 7 ⊢ ℕ ∈ V
21	20	mptex 7202	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))) ∈ V
22	21	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))) ∈ V)
23	7, 2, 9	divcld 11961	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚) ∈ ℂ)
24	23	fmpttd 7091	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)):ℕ⟶ℂ)
25	24	ffvelcdmda 7060	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))‘𝑘) ∈ ℂ)
26		oveq2 7399	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚) = ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘))
27	26	oveq2d 7407	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)) = (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘)))
28		eqid 2761	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))
29		ovex 7424	. . . . . . . 8 ⊢ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘)) ∈ V
30	27, 28, 29	fvmpt 6970	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))‘𝑘) = (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘)))
31		eqid 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))
32		ovex 7424	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘) ∈ V
33	26, 31, 32	fvmpt 6970	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))‘𝑘) = ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘))
34	33	oveq2d 7407	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (1 + ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))‘𝑘)) = (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑘)))
35	30, 34	eqtr4d 2799	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))‘𝑘) = (1 + ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))‘𝑘)))
36	35	adantl 485	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚)))‘𝑘) = (1 + ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))‘𝑘)))
37	15, 16, 18, 19, 22, 25, 36	climaddc2 15654	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 + ((𝐴 − 𝐵) / 𝑚))) ⇝ (1 + 0))
38	14, 37	eqbrtrd 5119	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ (1 + 0))
39		nnssz 12584	. . . . . . 7 ⊢ ℕ ⊆ ℤ
40		resmpt 6022	. . . . . . 7 ⊢ (ℕ ⊆ ℤ → ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ ℕ) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)))
41	39, 40	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ ℕ) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚))
42	15	reseq2i 5958	. . . . . 6 ⊢ ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ ℕ) = ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ (ℤ≥‘1))
43	41, 42	eqtr3i 2786	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) = ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ (ℤ≥‘1))
44		1p0e1 12334	. . . . 5 ⊢ (1 + 0) = 1
45	43, 44	breq12i 5106	. . . 4 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ (1 + 0) ↔ ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ (ℤ≥‘1)) ⇝ 1)
46		1z 12595	. . . . 5 ⊢ 1 ∈ ℤ
47		zex 12571	. . . . . 6 ⊢ ℤ ∈ V
48	47	mptex 7202	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ∈ V
49		climres 15593	. . . . 5 ⊢ ((1 ∈ ℤ ∧ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ∈ V) → (((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ (ℤ≥‘1)) ⇝ 1 ↔ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ 1))
50	46, 48, 49	mp2an 702	. . . 4 ⊢ (((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ↾ (ℤ≥‘1)) ⇝ 1 ↔ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ 1)
51	45, 50	bitri 277	. . 3 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ (1 + 0) ↔ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ 1)
52	38, 51	sylib 220	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ 1)
53		divcnvlin.1	. . 3 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
54		divcnvlin.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
55		divcnvlin.5	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ 𝑉)
56	48	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ∈ V)
57		eluzelz 12843	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑘 ∈ ℤ)
58	57, 53	eleq2s 2879	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ 𝑍 → 𝑘 ∈ ℤ)
59	58	zcnd 12672	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ 𝑍 → 𝑘 ∈ ℂ)
60	59	adantl 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝑘 ∈ ℂ)
61	4	adantr 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐵 ∈ ℤ)
62	61	zcnd 12672	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐵 ∈ ℂ)
63	3	adantr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
64	60, 62, 63	ppncand 11576	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → ((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)) = (𝑘 + 𝐴))
65	64	oveq1d 7406	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)) / (𝑘 + 𝐵)) = ((𝑘 + 𝐴) / (𝑘 + 𝐵)))
66	58	adantl 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝑘 ∈ ℤ)
67	66, 61	zaddcld 12675	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝑘 + 𝐵) ∈ ℤ)
68		oveq1 7398	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 = (𝑘 + 𝐵) → (𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) = ((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)))
69		id 22	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 = (𝑘 + 𝐵) → 𝑚 = (𝑘 + 𝐵))
70	68, 69	oveq12d 7409	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 = (𝑘 + 𝐵) → ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚) = (((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)) / (𝑘 + 𝐵)))
71		eqid 2761	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) = (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚))
72		ovex 7424	. . . . . 6 ⊢ (((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)) / (𝑘 + 𝐵)) ∈ V
73	70, 71, 72	fvmpt 6970	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 + 𝐵) ∈ ℤ → ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚))‘(𝑘 + 𝐵)) = (((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)) / (𝑘 + 𝐵)))
74	67, 73	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚))‘(𝑘 + 𝐵)) = (((𝑘 + 𝐵) + (𝐴 − 𝐵)) / (𝑘 + 𝐵)))
75		divcnvlin.6	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) = ((𝑘 + 𝐴) / (𝑘 + 𝐵)))
76	65, 74, 75	3eqtr4d 2806	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → ((𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚))‘(𝑘 + 𝐵)) = (𝐹‘𝑘))
77	53, 54, 4, 55, 56, 76	climshft2 15600	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ⇝ 1 ↔ (𝑚 ∈ ℤ ↦ ((𝑚 + (𝐴 − 𝐵)) / 𝑚)) ⇝ 1))
78	52, 77	mpbird 259	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ 1)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   = wceq 1559   ∈ wcel 2141   ≠ wne 2956  Vcvv 3453   ⊆ wss 3902   class class class wbr 5097   ↦ cmpt 5178   ↾ cres 5645  ‘cfv 6516  (class class class)co 7391  ℂcc 11065  0cc0 11067  1c1 11068   + caddc 11070   − cmin 11408   / cdiv 11838  ℕcn 12204  ℤcz 12562  ℤ_≥cuz 12833   ⇝ cli 15502

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1814  ax-4 1828  ax-5 1929  ax-6 1986  ax-7 2027  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-rep 5224  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5319  ax-pr 5387  ax-un 7713  ax-cnex 11123  ax-resscn 11124  ax-1cn 11125  ax-icn 11126  ax-addcl 11127  ax-addrcl 11128  ax-mulcl 11129  ax-mulrcl 11130  ax-mulcom 11131  ax-addass 11132  ax-mulass 11133  ax-distr 11134  ax-i2m1 11135  ax-1ne0 11136  ax-1rid 11137  ax-rnegex 11138  ax-rrecex 11139  ax-cnre 11140  ax-pre-lttri 11141  ax-pre-lttrn 11142  ax-pre-ltadd 11143  ax-pre-mulgt0 11144  ax-pre-sup 11145

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1098  df-3an 1099  df-tru 1562  df-fal 1572  df-ex 1799  df-nf 1803  df-sb 2090  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3061  df-ral 3076  df-rex 3086  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4284  df-if 4478  df-pw 4554  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4863  df-iun 4948  df-br 5098  df-opab 5160  df-mpt 5179  df-tr 5205  df-id 5538  df-eprel 5543  df-po 5551  df-so 5552  df-fr 5596  df-we 5598  df-xp 5649  df-rel 5650  df-cnv 5651  df-co 5652  df-dm 5653  df-rn 5654  df-res 5655  df-ima 5656  df-pred 6283  df-ord 6344  df-on 6345  df-lim 6346  df-suc 6347  df-iota 6472  df-fun 6518  df-fn 6519  df-f 6520  df-f1 6521  df-fo 6522  df-f1o 6523  df-fv 6524  df-riota 7348  df-ov 7394  df-oprab 7395  df-mpo 7396  df-om 7842  df-2nd 7966  df-frecs 8256  df-wrecs 8287  df-recs 8336  df-rdg 8375  df-er 8672  df-pm 8805  df-en 8922  df-dom 8923  df-sdom 8924  df-sup 9382  df-inf 9383  df-pnf 11212  df-mnf 11213  df-xr 11214  df-ltxr 11215  df-le 11216  df-sub 11410  df-neg 11411  df-div 11839  df-nn 12205  df-2 12274  df-3 12275  df-n0 12476  df-z 12563  df-uz 12834  df-rp 12988  df-fl 13796  df-seq 14009  df-exp 14069  df-shft 15074  df-cj 15117  df-re 15118  df-im 15119  df-sqrt 15253  df-abs 15254  df-clim 15506  df-rlim 15507

This theorem is referenced by:  faclimlem2  36055  faclim2  36059