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

Theorem rlimdiv 15098
Description: Limit of the quotient of two converging functions. Proposition 12-2.1(a) of [Gleason] p. 168. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Sep-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
rlimadd.3 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵𝑉)
rlimadd.4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶𝑉)
rlimadd.5 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐵) ⇝𝑟 𝐷)
rlimadd.6 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐸)
rlimdiv.7 (𝜑𝐸 ≠ 0)
rlimdiv.8 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶 ≠ 0)
Assertion
Ref Expression
rlimdiv (𝜑 → (𝑥𝐴 ↦ (𝐵 / 𝐶)) ⇝𝑟 (𝐷 / 𝐸))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐷   𝜑,𝑥   𝑥,𝐸
Allowed substitution hints:   𝐵(𝑥)   𝐶(𝑥)   𝑉(𝑥)

Proof of Theorem rlimdiv
Dummy variables 𝑤 𝑣 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rlimadd.3 . . . 4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵𝑉)
2 rlimadd.5 . . . 4 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐵) ⇝𝑟 𝐷)
31, 2rlimmptrcl 15058 . . 3 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
4 rlimadd.4 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶𝑉)
5 rlimadd.6 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐸)
64, 5rlimmptrcl 15058 . . . 4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶 ∈ ℂ)
7 rlimdiv.8 . . . 4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶 ≠ 0)
86, 7reccld 11490 . . 3 ((𝜑𝑥𝐴) → (1 / 𝐶) ∈ ℂ)
9 eldifsn 4676 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↔ (𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0))
106, 7, 9sylanbrc 586 . . . . . 6 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐶 ∈ (ℂ ∖ {0}))
1110fmpttd 6892 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐶):𝐴⟶(ℂ ∖ {0}))
12 rlimcl 14953 . . . . . . 7 ((𝑥𝐴𝐶) ⇝𝑟 𝐸𝐸 ∈ ℂ)
135, 12syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐸 ∈ ℂ)
14 rlimdiv.7 . . . . . 6 (𝜑𝐸 ≠ 0)
15 eldifsn 4676 . . . . . 6 (𝐸 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↔ (𝐸 ∈ ℂ ∧ 𝐸 ≠ 0))
1613, 14, 15sylanbrc 586 . . . . 5 (𝜑𝐸 ∈ (ℂ ∖ {0}))
17 eldifsn 4676 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↔ (𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ≠ 0))
18 reccl 11386 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ≠ 0) → (1 / 𝑦) ∈ ℂ)
1917, 18sylbi 220 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) → (1 / 𝑦) ∈ ℂ)
2019adantl 485 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0})) → (1 / 𝑦) ∈ ℂ)
2120fmpttd 6892 . . . . 5 (𝜑 → (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦)):(ℂ ∖ {0})⟶ℂ)
22 eqid 2739 . . . . . . . 8 (if(1 ≤ ((abs‘𝐸) · 𝑧), 1, ((abs‘𝐸) · 𝑧)) · ((abs‘𝐸) / 2)) = (if(1 ≤ ((abs‘𝐸) · 𝑧), 1, ((abs‘𝐸) · 𝑧)) · ((abs‘𝐸) / 2))
2322reccn2 15047 . . . . . . 7 ((𝐸 ∈ (ℂ ∖ {0}) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧))
2416, 23sylan 583 . . . . . 6 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ+) → ∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧))
25 oveq2 7181 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = 𝑣 → (1 / 𝑦) = (1 / 𝑣))
26 eqid 2739 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦)) = (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))
27 ovex 7206 . . . . . . . . . . . . . 14 (1 / 𝑣) ∈ V
2825, 26, 27fvmpt 6778 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0}) → ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) = (1 / 𝑣))
29 oveq2 7181 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = 𝐸 → (1 / 𝑦) = (1 / 𝐸))
30 ovex 7206 . . . . . . . . . . . . . . 15 (1 / 𝐸) ∈ V
3129, 26, 30fvmpt 6778 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐸 ∈ (ℂ ∖ {0}) → ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸) = (1 / 𝐸))
3216, 31syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸) = (1 / 𝐸))
3328, 32oveqan12rd 7193 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})) → (((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸)) = ((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸)))
3433fveq2d 6681 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})) → (abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) = (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))))
3534breq1d 5041 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})) → ((abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) < 𝑧 ↔ (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧))
3635imbi2d 344 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})) → (((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) < 𝑧) ↔ ((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧)))
3736ralbidva 3109 . . . . . . . 8 (𝜑 → (∀𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) < 𝑧) ↔ ∀𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧)))
3837rexbidv 3208 . . . . . . 7 (𝜑 → (∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) < 𝑧) ↔ ∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧)))
3938biimpar 481 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘((1 / 𝑣) − (1 / 𝐸))) < 𝑧)) → ∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) < 𝑧))
4024, 39syldan 594 . . . . 5 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ+) → ∃𝑤 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (ℂ ∖ {0})((abs‘(𝑣𝐸)) < 𝑤 → (abs‘(((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝑣) − ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))) < 𝑧))
4111, 16, 5, 21, 40rlimcn1 15038 . . . 4 (𝜑 → ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦)) ∘ (𝑥𝐴𝐶)) ⇝𝑟 ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦))‘𝐸))
42 eqidd 2740 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥𝐴𝐶) = (𝑥𝐴𝐶))
43 eqidd 2740 . . . . 5 (𝜑 → (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦)) = (𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦)))
44 oveq2 7181 . . . . 5 (𝑦 = 𝐶 → (1 / 𝑦) = (1 / 𝐶))
4510, 42, 43, 44fmptco 6904 . . . 4 (𝜑 → ((𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (1 / 𝑦)) ∘ (𝑥𝐴𝐶)) = (𝑥𝐴 ↦ (1 / 𝐶)))
4641, 45, 323brtr3d 5062 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐴 ↦ (1 / 𝐶)) ⇝𝑟 (1 / 𝐸))
473, 8, 2, 46rlimmul 15096 . 2 (𝜑 → (𝑥𝐴 ↦ (𝐵 · (1 / 𝐶))) ⇝𝑟 (𝐷 · (1 / 𝐸)))
483, 6, 7divrecd 11500 . . 3 ((𝜑𝑥𝐴) → (𝐵 / 𝐶) = (𝐵 · (1 / 𝐶)))
4948mpteq2dva 5126 . 2 (𝜑 → (𝑥𝐴 ↦ (𝐵 / 𝐶)) = (𝑥𝐴 ↦ (𝐵 · (1 / 𝐶))))
50 rlimcl 14953 . . . 4 ((𝑥𝐴𝐵) ⇝𝑟 𝐷𝐷 ∈ ℂ)
512, 50syl 17 . . 3 (𝜑𝐷 ∈ ℂ)
5251, 13, 14divrecd 11500 . 2 (𝜑 → (𝐷 / 𝐸) = (𝐷 · (1 / 𝐸)))
5347, 49, 523brtr4d 5063 1 (𝜑 → (𝑥𝐴 ↦ (𝐵 / 𝐶)) ⇝𝑟 (𝐷 / 𝐸))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2935  wral 3054  wrex 3055  cdif 3841  ifcif 4415  {csn 4517   class class class wbr 5031  cmpt 5111  ccom 5530  cfv 6340  (class class class)co 7173  cc 10616  0cc0 10618  1c1 10619   · cmul 10623   < clt 10756  cle 10757  cmin 10951   / cdiv 11378  2c2 11774  +crp 12475  abscabs 14686  𝑟 crli 14935
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1975  ax-7 2020  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2162  ax-12 2179  ax-ext 2711  ax-sep 5168  ax-nul 5175  ax-pow 5233  ax-pr 5297  ax-un 7482  ax-cnex 10674  ax-resscn 10675  ax-1cn 10676  ax-icn 10677  ax-addcl 10678  ax-addrcl 10679  ax-mulcl 10680  ax-mulrcl 10681  ax-mulcom 10682  ax-addass 10683  ax-mulass 10684  ax-distr 10685  ax-i2m1 10686  ax-1ne0 10687  ax-1rid 10688  ax-rnegex 10689  ax-rrecex 10690  ax-cnre 10691  ax-pre-lttri 10692  ax-pre-lttrn 10693  ax-pre-ltadd 10694  ax-pre-mulgt0 10695  ax-pre-sup 10696
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2075  df-mo 2541  df-eu 2571  df-clab 2718  df-cleq 2731  df-clel 2812  df-nfc 2882  df-ne 2936  df-nel 3040  df-ral 3059  df-rex 3060  df-reu 3061  df-rmo 3062  df-rab 3063  df-v 3401  df-sbc 3682  df-csb 3792  df-dif 3847  df-un 3849  df-in 3851  df-ss 3861  df-pss 3863  df-nul 4213  df-if 4416  df-pw 4491  df-sn 4518  df-pr 4520  df-tp 4522  df-op 4524  df-uni 4798  df-iun 4884  df-br 5032  df-opab 5094  df-mpt 5112  df-tr 5138  df-id 5430  df-eprel 5435  df-po 5443  df-so 5444  df-fr 5484  df-we 5486  df-xp 5532  df-rel 5533  df-cnv 5534  df-co 5535  df-dm 5536  df-rn 5537  df-res 5538  df-ima 5539  df-pred 6130  df-ord 6176  df-on 6177  df-lim 6178  df-suc 6179  df-iota 6298  df-fun 6342  df-fn 6343  df-f 6344  df-f1 6345  df-fo 6346  df-f1o 6347  df-fv 6348  df-riota 7130  df-ov 7176  df-oprab 7177  df-mpo 7178  df-om 7603  df-2nd 7718  df-wrecs 7979  df-recs 8040  df-rdg 8078  df-er 8323  df-pm 8443  df-en 8559  df-dom 8560  df-sdom 8561  df-sup 8982  df-pnf 10758  df-mnf 10759  df-xr 10760  df-ltxr 10761  df-le 10762  df-sub 10953  df-neg 10954  df-div 11379  df-nn 11720  df-2 11782  df-3 11783  df-n0 11980  df-z 12066  df-uz 12328  df-rp 12476  df-seq 13464  df-exp 13525  df-cj 14551  df-re 14552  df-im 14553  df-sqrt 14687  df-abs 14688  df-rlim 14939
This theorem is referenced by:  logexprlim  25964  chebbnd2  26216  chto1lb  26217  pnt2  26352  pnt  26353
  Copyright terms: Public domain W3C validator