MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  lmmo Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lmmo 21513
Description: A sequence in a Hausdorff space converges to at most one limit. Part of Lemma 1.4-2(a) of [Kreyszig] p. 26. (Contributed by NM, 31-Jan-2008.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 1-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
lmmo.1 (𝜑𝐽 ∈ Haus)
lmmo.4 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴)
lmmo.5 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵)
Assertion
Ref Expression
lmmo (𝜑𝐴 = 𝐵)

Proof of Theorem lmmo
Dummy variables 𝑗 𝑘 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 an4 647 . . . . . . . . 9 (((𝑥𝐽𝑦𝐽) ∧ (𝐴𝑥𝐵𝑦)) ↔ ((𝑥𝐽𝐴𝑥) ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)))
2 nnuz 11967 . . . . . . . . . . . . 13 ℕ = (ℤ‘1)
3 simprr 790 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 𝐴𝑥)
4 1zzd 11698 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 1 ∈ ℤ)
5 lmmo.4 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴)
65adantr 473 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴)
7 simprl 788 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → 𝑥𝐽)
82, 3, 4, 6, 7lmcvg 21395 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝐴𝑥)) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥)
98ex 402 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑥𝐽𝐴𝑥) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
10 simprr 790 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 𝐵𝑦)
11 1zzd 11698 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 1 ∈ ℤ)
12 lmmo.5 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵)
1312adantr 473 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵)
14 simprl 788 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → 𝑦𝐽)
152, 10, 11, 13, 14lmcvg 21395 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦)
1615ex 402 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑦𝐽𝐵𝑦) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
179, 16anim12d 603 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (((𝑥𝐽𝐴𝑥) ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦)))
182rexanuz2 14430 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) ↔ (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
19 nnz 11689 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℤ)
20 uzid 11945 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
21 ne0i 4121 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ (ℤ𝑗) → (ℤ𝑗) ≠ ∅)
2219, 20, 213syl 18 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → (ℤ𝑗) ≠ ∅)
23 r19.2z 4253 . . . . . . . . . . . . . 14 (((ℤ𝑗) ≠ ∅ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦)) → ∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
24 elin 3994 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹𝑘) ∈ (𝑥𝑦) ↔ ((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦))
25 n0i 4120 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹𝑘) ∈ (𝑥𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2624, 25sylbir 227 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2726rexlimivw 3210 . . . . . . . . . . . . . 14 (∃𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2823, 27syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((ℤ𝑗) ≠ ∅ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
2922, 28sylan 576 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
3029rexlimiva 3209 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ (𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
3118, 30sylbir 227 . . . . . . . . . 10 ((∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ∧ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅)
3217, 31syl6 35 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (((𝑥𝐽𝐴𝑥) ∧ (𝑦𝐽𝐵𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅))
331, 32syl5bi 234 . . . . . . . 8 (𝜑 → (((𝑥𝐽𝑦𝐽) ∧ (𝐴𝑥𝐵𝑦)) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅))
3433expdimp 445 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝑦𝐽)) → ((𝐴𝑥𝐵𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅))
35 imnan 389 . . . . . . 7 (((𝐴𝑥𝐵𝑦) → ¬ (𝑥𝑦) = ∅) ↔ ¬ ((𝐴𝑥𝐵𝑦) ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
3634, 35sylib 210 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝑦𝐽)) → ¬ ((𝐴𝑥𝐵𝑦) ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
37 df-3an 1110 . . . . . 6 ((𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅) ↔ ((𝐴𝑥𝐵𝑦) ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
3836, 37sylnibr 321 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐽𝑦𝐽)) → ¬ (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
3938anassrs 460 . . . 4 (((𝜑𝑥𝐽) ∧ 𝑦𝐽) → ¬ (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
4039nrexdv 3181 . . 3 ((𝜑𝑥𝐽) → ¬ ∃𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
4140nrexdv 3181 . 2 (𝜑 → ¬ ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
42 lmmo.1 . . . 4 (𝜑𝐽 ∈ Haus)
43 haustop 21464 . . . . . . 7 (𝐽 ∈ Haus → 𝐽 ∈ Top)
4442, 43syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐽 ∈ Top)
45 eqid 2799 . . . . . . 7 𝐽 = 𝐽
4645toptopon 21050 . . . . . 6 (𝐽 ∈ Top ↔ 𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽))
4744, 46sylib 210 . . . . 5 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽))
48 lmcl 21430 . . . . 5 ((𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽) ∧ 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐴) → 𝐴 𝐽)
4947, 5, 48syl2anc 580 . . . 4 (𝜑𝐴 𝐽)
50 lmcl 21430 . . . . 5 ((𝐽 ∈ (TopOn‘ 𝐽) ∧ 𝐹(⇝𝑡𝐽)𝐵) → 𝐵 𝐽)
5147, 12, 50syl2anc 580 . . . 4 (𝜑𝐵 𝐽)
5245hausnei 21461 . . . . 5 ((𝐽 ∈ Haus ∧ (𝐴 𝐽𝐵 𝐽𝐴𝐵)) → ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅))
53523exp2 1464 . . . 4 (𝐽 ∈ Haus → (𝐴 𝐽 → (𝐵 𝐽 → (𝐴𝐵 → ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅)))))
5442, 49, 51, 53syl3c 66 . . 3 (𝜑 → (𝐴𝐵 → ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅)))
5554necon1bd 2989 . 2 (𝜑 → (¬ ∃𝑥𝐽𝑦𝐽 (𝐴𝑥𝐵𝑦 ∧ (𝑥𝑦) = ∅) → 𝐴 = 𝐵))
5641, 55mpd 15 1 (𝜑𝐴 = 𝐵)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 385  w3a 1108   = wceq 1653  wcel 2157  wne 2971  wral 3089  wrex 3090  cin 3768  c0 4115   cuni 4628   class class class wbr 4843  cfv 6101  1c1 10225  cn 11312  cz 11666  cuz 11930  Topctop 21026  TopOnctopon 21043  𝑡clm 21359  Hauscha 21441
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1891  ax-4 1905  ax-5 2006  ax-6 2072  ax-7 2107  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2185  ax-11 2200  ax-12 2213  ax-13 2377  ax-ext 2777  ax-sep 4975  ax-nul 4983  ax-pow 5035  ax-pr 5097  ax-un 7183  ax-cnex 10280  ax-resscn 10281  ax-1cn 10282  ax-icn 10283  ax-addcl 10284  ax-addrcl 10285  ax-mulcl 10286  ax-mulrcl 10287  ax-mulcom 10288  ax-addass 10289  ax-mulass 10290  ax-distr 10291  ax-i2m1 10292  ax-1ne0 10293  ax-1rid 10294  ax-rnegex 10295  ax-rrecex 10296  ax-cnre 10297  ax-pre-lttri 10298  ax-pre-lttrn 10299  ax-pre-ltadd 10300  ax-pre-mulgt0 10301
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 386  df-or 875  df-3or 1109  df-3an 1110  df-tru 1657  df-ex 1876  df-nf 1880  df-sb 2065  df-mo 2591  df-eu 2609  df-clab 2786  df-cleq 2792  df-clel 2795  df-nfc 2930  df-ne 2972  df-nel 3075  df-ral 3094  df-rex 3095  df-reu 3096  df-rab 3098  df-v 3387  df-sbc 3634  df-csb 3729  df-dif 3772  df-un 3774  df-in 3776  df-ss 3783  df-pss 3785  df-nul 4116  df-if 4278  df-pw 4351  df-sn 4369  df-pr 4371  df-tp 4373  df-op 4375  df-uni 4629  df-iun 4712  df-br 4844  df-opab 4906  df-mpt 4923  df-tr 4946  df-id 5220  df-eprel 5225  df-po 5233  df-so 5234  df-fr 5271  df-we 5273  df-xp 5318  df-rel 5319  df-cnv 5320  df-co 5321  df-dm 5322  df-rn 5323  df-res 5324  df-ima 5325  df-pred 5898  df-ord 5944  df-on 5945  df-lim 5946  df-suc 5947  df-iota 6064  df-fun 6103  df-fn 6104  df-f 6105  df-f1 6106  df-fo 6107  df-f1o 6108  df-fv 6109  df-riota 6839  df-ov 6881  df-oprab 6882  df-mpt2 6883  df-om 7300  df-1st 7401  df-2nd 7402  df-wrecs 7645  df-recs 7707  df-rdg 7745  df-er 7982  df-pm 8098  df-en 8196  df-dom 8197  df-sdom 8198  df-pnf 10365  df-mnf 10366  df-xr 10367  df-ltxr 10368  df-le 10369  df-sub 10558  df-neg 10559  df-nn 11313  df-z 11667  df-uz 11931  df-top 21027  df-topon 21044  df-lm 21362  df-haus 21448
This theorem is referenced by:  lmfun  21514  occllem  28687  nlelchi  29445  hmopidmchi  29535
  Copyright terms: Public domain W3C validator