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Theorem rlimuni 15432
Description: A real function whose domain is unbounded above converges to at most one limit. (Contributed by Mario Carneiro, 8-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rlimuni.1 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℂ)
rlimuni.2 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
rlimuni.3 (𝜑𝐹𝑟 𝐵)
rlimuni.4 (𝜑𝐹𝑟 𝐶)
Assertion
Ref Expression
rlimuni (𝜑𝐵 = 𝐶)

Proof of Theorem rlimuni
Dummy variables 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rlimuni.3 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐹𝑟 𝐵)
2 rlimcl 15385 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹𝑟 𝐵𝐵 ∈ ℂ)
31, 2syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 ∈ ℂ)
43ad2antrr 724 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
5 rlimuni.4 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐹𝑟 𝐶)
6 rlimcl 15385 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹𝑟 𝐶𝐶 ∈ ℂ)
75, 6syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
87ad2antrr 724 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → 𝐶 ∈ ℂ)
94, 8subcld 11512 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (𝐵𝐶) ∈ ℂ)
109abscld 15321 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (abs‘(𝐵𝐶)) ∈ ℝ)
1110ltnrd 11289 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → ¬ (abs‘(𝐵𝐶)) < (abs‘(𝐵𝐶)))
12 rlimuni.1 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℂ)
1312ffvelcdmda 7035 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
1413adantlr 713 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
1514, 4abssubd 15338 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) = (abs‘(𝐵 − (𝐹𝑘))))
1615breq1d 5115 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ↔ (abs‘(𝐵 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))
1716anbi1d 630 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)) ↔ ((abs‘(𝐵 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))))
18 abs3lem 15223 . . . . . . . . . . 11 (((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘(𝐵𝐶)) ∈ ℝ)) → (((abs‘(𝐵 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)) → (abs‘(𝐵𝐶)) < (abs‘(𝐵𝐶))))
194, 8, 14, 10, 18syl22anc 837 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (((abs‘(𝐵 − (𝐹𝑘))) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)) → (abs‘(𝐵𝐶)) < (abs‘(𝐵𝐶))))
2017, 19sylbid 239 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → (((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)) → (abs‘(𝐵𝐶)) < (abs‘(𝐵𝐶))))
2120imim2d 57 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → ((𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))) → (𝑗𝑘 → (abs‘(𝐵𝐶)) < (abs‘(𝐵𝐶)))))
2221impcomd 412 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → ((𝑗𝑘 ∧ (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))) → (abs‘(𝐵𝐶)) < (abs‘(𝐵𝐶))))
2311, 22mtod 197 . . . . . 6 (((𝜑𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘𝐴) → ¬ (𝑗𝑘 ∧ (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
2423nrexdv 3146 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ ℝ) → ¬ ∃𝑘𝐴 (𝑗𝑘 ∧ (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
25 r19.29r 3119 . . . . 5 ((∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))) → ∃𝑘𝐴 (𝑗𝑘 ∧ (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
2624, 25nsyl 140 . . . 4 ((𝜑𝑗 ∈ ℝ) → ¬ (∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
2726nrexdv 3146 . . 3 (𝜑 → ¬ ∃𝑗 ∈ ℝ (∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
28 rlimuni.2 . . . . 5 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
2912fdmd 6679 . . . . . . . 8 (𝜑 → dom 𝐹 = 𝐴)
30 rlimss 15384 . . . . . . . . 9 (𝐹𝑟 𝐵 → dom 𝐹 ⊆ ℝ)
311, 30syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → dom 𝐹 ⊆ ℝ)
3229, 31eqsstrrd 3983 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
33 ressxr 11199 . . . . . . 7 ℝ ⊆ ℝ*
3432, 33sstrdi 3956 . . . . . 6 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ*)
35 supxrunb1 13238 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑗 ∈ ℝ ∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
3634, 35syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (∀𝑗 ∈ ℝ ∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
3728, 36mpbird 256 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑗 ∈ ℝ ∃𝑘𝐴 𝑗𝑘)
38 r19.29 3117 . . . . 5 ((∀𝑗 ∈ ℝ ∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))) → ∃𝑗 ∈ ℝ (∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
3938ex 413 . . . 4 (∀𝑗 ∈ ℝ ∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))) → ∃𝑗 ∈ ℝ (∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))))))
4037, 39syl 17 . . 3 (𝜑 → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))) → ∃𝑗 ∈ ℝ (∃𝑘𝐴 𝑗𝑘 ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))))))
4127, 40mtod 197 . 2 (𝜑 → ¬ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))))
4212adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
43 ffvelcdm 7032 . . . . . . . 8 ((𝐹:𝐴⟶ℂ ∧ 𝑘𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
4443ralrimiva 3143 . . . . . . 7 (𝐹:𝐴⟶ℂ → ∀𝑘𝐴 (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
4542, 44syl 17 . . . . . 6 ((𝜑𝐵𝐶) → ∀𝑘𝐴 (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
463adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐵 ∈ ℂ)
477adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐶 ∈ ℂ)
4846, 47subcld 11512 . . . . . . . 8 ((𝜑𝐵𝐶) → (𝐵𝐶) ∈ ℂ)
49 simpr 485 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐵𝐶)
5046, 47, 49subne0d 11521 . . . . . . . 8 ((𝜑𝐵𝐶) → (𝐵𝐶) ≠ 0)
5148, 50absrpcld 15333 . . . . . . 7 ((𝜑𝐵𝐶) → (abs‘(𝐵𝐶)) ∈ ℝ+)
5251rphalfcld 12969 . . . . . 6 ((𝜑𝐵𝐶) → ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∈ ℝ+)
5342feqmptd 6910 . . . . . . 7 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐹 = (𝑘𝐴 ↦ (𝐹𝑘)))
541adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐹𝑟 𝐵)
5553, 54eqbrtrrd 5129 . . . . . 6 ((𝜑𝐵𝐶) → (𝑘𝐴 ↦ (𝐹𝑘)) ⇝𝑟 𝐵)
5645, 52, 55rlimi 15395 . . . . 5 ((𝜑𝐵𝐶) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))
575adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐹𝑟 𝐶)
5853, 57eqbrtrrd 5129 . . . . . 6 ((𝜑𝐵𝐶) → (𝑘𝐴 ↦ (𝐹𝑘)) ⇝𝑟 𝐶)
5945, 52, 58rlimi 15395 . . . . 5 ((𝜑𝐵𝐶) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))
6032adantr 481 . . . . . 6 ((𝜑𝐵𝐶) → 𝐴 ⊆ ℝ)
61 rexanre 15231 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))) ↔ (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)) ∧ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
6260, 61syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝐵𝐶) → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))) ↔ (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)) ∧ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
6356, 59, 62mpbir2and 711 . . . 4 ((𝜑𝐵𝐶) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))))
6463ex 413 . . 3 (𝜑 → (𝐵𝐶 → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2)))))
6564necon1bd 2961 . 2 (𝜑 → (¬ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → ((abs‘((𝐹𝑘) − 𝐵)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − 𝐶)) < ((abs‘(𝐵𝐶)) / 2))) → 𝐵 = 𝐶))
6641, 65mpd 15 1 (𝜑𝐵 = 𝐶)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 205  wa 396   = wceq 1541  wcel 2106  wne 2943  wral 3064  wrex 3073  wss 3910   class class class wbr 5105  cmpt 5188  dom cdm 5633  wf 6492  cfv 6496  (class class class)co 7357  supcsup 9376  cc 11049  cr 11050  +∞cpnf 11186  *cxr 11188   < clt 11189  cle 11190  cmin 11385   / cdiv 11812  2c2 12208  abscabs 15119  𝑟 crli 15367
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128  ax-pre-sup 11129
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-er 8648  df-pm 8768  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-sup 9378  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-div 11813  df-nn 12154  df-2 12216  df-3 12217  df-n0 12414  df-z 12500  df-uz 12764  df-rp 12916  df-seq 13907  df-exp 13968  df-cj 14984  df-re 14985  df-im 14986  df-sqrt 15120  df-abs 15121  df-rlim 15371
This theorem is referenced by:  rlimdm  15433  rlimdmafv  45399  rlimdmafv2  45480
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