Theorem rlimcn1 15799

Description: Image of a limit under a continuous map. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Sep-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
rlimcn1.1	⊢ (𝜑 → 𝐺:𝐴⟶𝑋)
rlimcn1.2	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑋)
rlimcn1.3	⊢ (𝜑 → 𝐺 ⇝𝑟 𝐶)
rlimcn1.4	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶ℂ)
rlimcn1.5	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))

Assertion

Ref	Expression
rlimcn1	⊢ (𝜑 → (𝐹 ∘ 𝐺) ⇝𝑟 (𝐹‘𝐶))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝑧,𝐹,𝑦   𝑥,𝐺,𝑦,𝑧   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝐶,𝑦,𝑧   𝑧,𝑋

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑧)   𝐴(𝑧)   𝑋(𝑥, 𝑦)

Proof of Theorem rlimcn1

Dummy variables 𝑤 𝑐 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		rlimcn1.1	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐺:𝐴⟶𝑋)
2	1	ffvelcdmda 7116	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → (𝐺‘𝑤) ∈ 𝑋)
3	1	feqmptd 6984	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺‘𝑤)))
4		rlimcn1.4	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶ℂ)
5	4	feqmptd 6984	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑣 ∈ 𝑋 ↦ (𝐹‘𝑣)))
6		fveq2 6916	. . 3 ⊢ (𝑣 = (𝐺‘𝑤) → (𝐹‘𝑣) = (𝐹‘(𝐺‘𝑤)))
7	2, 3, 5, 6	fmptco 7162	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∘ 𝐺) = (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ (𝐹‘(𝐺‘𝑤))))
8		rlimcn1.5	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))
9		fvexd 6931	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → (𝐺‘𝑤) ∈ V)
10	9	ralrimiva 3158	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝐺‘𝑤) ∈ V)
11		simpr 490	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → 𝑦 ∈ ℝ+)
12		rlimcn1.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ⇝𝑟 𝐶)
13	3, 12	eqbrtrrd 5135	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺‘𝑤)) ⇝𝑟 𝐶)
14	13	ad2antrr 739	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺‘𝑤)) ⇝𝑟 𝐶)
15	10, 11, 14	rlimi 15724	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦))
16		fvoveq1 7474	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑧 = (𝐺‘𝑤) → (abs‘(𝑧 − 𝐶)) = (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)))
17	16	breq1d 5118	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 = (𝐺‘𝑤) → ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 ↔ (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦))
18	17	imbrov2fvoveq 7476	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑧 = (𝐺‘𝑤) → (((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥) ↔ ((abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
19		simplrr 790	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))
20	2	ad4ant14 765	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → (𝐺‘𝑤) ∈ 𝑋)
21	18, 19, 20	rspcdva 3581	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → ((abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))
22	21	imim2d 58	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → ((𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦) → (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
23	22	ralimdva 3178	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))) → (∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦) → ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
24	23	reximdv 3181	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))) → (∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦) → ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
25	24	expr 462	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥) → (∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐺‘𝑤) − 𝐶)) < 𝑦) → ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))))
26	15, 25	mpid 45	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥) → ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
27	26	rexlimdva 3167	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((abs‘(𝑧 − 𝐶)) < 𝑦 → (abs‘((𝐹‘𝑧) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥) → ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
28	8, 27	mpd 16	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))
29	28	ralrimiva 3158	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥))
30	4	ffvelcdmda 7116	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐺‘𝑤) ∈ 𝑋) → (𝐹‘(𝐺‘𝑤)) ∈ ℂ)
31	2, 30	syldan 603	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → (𝐹‘(𝐺‘𝑤)) ∈ ℂ)
32	31	ralrimiva 3158	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝐹‘(𝐺‘𝑤)) ∈ ℂ)
33	1	fdmd 6750	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → dom 𝐺 = 𝐴)
34		rlimss 15713	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ⇝𝑟 𝐶 → dom 𝐺 ⊆ ℝ)
35	12, 34	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → dom 𝐺 ⊆ ℝ)
36	33, 35	eqsstrrd 3948	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
37		rlimcn1.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑋)
38	4, 37	ffvelcdmd 7117	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝐶) ∈ ℂ)
39	32, 36, 38	rlim2 15707	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ 𝐴 ↦ (𝐹‘(𝐺‘𝑤))) ⇝𝑟 (𝐹‘𝐶) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑐 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐴 (𝑐 ≤ 𝑤 → (abs‘((𝐹‘(𝐺‘𝑤)) − (𝐹‘𝐶))) < 𝑥)))
40	29, 39	mpbird 260	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝐴 ↦ (𝐹‘(𝐺‘𝑤))) ⇝𝑟 (𝐹‘𝐶))
41	7, 40	eqbrtrd 5133	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∘ 𝐺) ⇝𝑟 (𝐹‘𝐶))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  ∃wrex 3090  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900   class class class wbr 5108   ↦ cmpt 5192  dom cdm 5658   ∘ ccom 5662  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  ℂcc 11237  ℝcr 11238   < clt 11382   ≤ cle 11383   − cmin 11580  ℝ⁺crp 13160  abscabs 15444   ⇝_𝑟 crli 15696

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-id 5553  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-fv 6574  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-pm 8888  df-rlim 15700

This theorem is used by:  rlimcn1b  15800  rlimdiv  15857