Theorem xlimbr 43258

Description: Express the binary relation "sequence 𝐹 converges to point 𝑃 " w.r.t. the standard topology on the extended reals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Feb-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
xlimbr.k	⊢ Ⅎ𝑘𝐹
xlimbr.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
xlimbr.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
xlimbr.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
xlimbr.j	⊢ 𝐽 = (ordTop‘ ≤ )

Assertion

Ref	Expression
xlimbr	⊢ (𝜑 → (𝐹~~>*𝑃 ↔ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))))

Distinct variable groups:   𝑗,𝐹,𝑢   𝑢,𝐽   𝑗,𝑀,𝑢   𝑢,𝑃   𝑗,𝑍,𝑘   𝑢,𝑘

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑢,𝑗,𝑘)   𝑃(𝑗,𝑘)   𝐹(𝑘)   𝐽(𝑗,𝑘)   𝑀(𝑘)   𝑍(𝑢)

Proof of Theorem xlimbr

Step	Hyp	Ref	Expression
1		df-xlim 43250	. . . 4 ⊢ ~~>* = (⇝𝑡‘(ordTop‘ ≤ ))
2	1	breqi 5076	. . 3 ⊢ (𝐹~~>*𝑃 ↔ 𝐹(⇝𝑡‘(ordTop‘ ≤ ))𝑃)
3	2	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹~~>*𝑃 ↔ 𝐹(⇝𝑡‘(ordTop‘ ≤ ))𝑃))
4		xlimbr.k	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑘𝐹
5		letopon 22264	. . . 4 ⊢ (ordTop‘ ≤ ) ∈ (TopOn‘ℝ*)
6	5	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ordTop‘ ≤ ) ∈ (TopOn‘ℝ*))
7	4, 6	lmbr3 43178	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡‘(ordTop‘ ≤ ))𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))))
8		simpr2 1193	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → 𝑃 ∈ ℝ*)
9		xlimbr.j	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐽 = (ordTop‘ ≤ )
10	9	eqcomi 2747	. . . . . . 7 ⊢ (ordTop‘ ≤ ) = 𝐽
11	10	raleqi 3337	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) ↔ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
12		xlimbr.m	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
13		xlimbr.z	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
14	13	rexuz3 14988	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢) ↔ ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
15	14	bicomd 222	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
16	15	imbi2d 340	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → ((𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) ↔ (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
17	16	biimpd 228	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → ((𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) → (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
18	17	ralimdv 3103	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
19	12, 18	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
20	19	imp 406	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
21	11, 20	sylan2b 593	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
22	21	3ad2antr3 1188	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
23	8, 22	jca 511	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
24		cnex 10883	. . . . . . 7 ⊢ ℂ ∈ V
25	24	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ℂ ∈ V)
26	6	elfvexd 6790	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ℝ* ∈ V)
27	13	uzsscn2 42908	. . . . . . 7 ⊢ 𝑍 ⊆ ℂ
28	27	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ⊆ ℂ)
29		xlimbr.f	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
30	25, 26, 28, 29	fpmd 42700	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ))
31	30	adantr 480	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → 𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ))
32		simprl 767	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → 𝑃 ∈ ℝ*)
33	16	biimprd 247	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → ((𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) → (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
34	33	ralimdv 3103	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
35	12, 34	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
36	35	imp 406	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
37	9	raleqi 3337	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) ↔ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
38	36, 37	sylib 217	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))) → ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
39	38	adantrl 712	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
40	31, 32, 39	3jca 1126	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))) → (𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
41	23, 40	impbida 797	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝐹 ∈ (ℝ* ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ ℤ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))) ↔ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))))
42	3, 7, 41	3bitrd 304	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹~~>*𝑃 ↔ (𝑃 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   ∧ w3a 1085   = wceq 1539   ∈ wcel 2108  Ⅎwnfc 2886  ∀wral 3063  ∃wrex 3064  Vcvv 3422   ⊆ wss 3883   class class class wbr 5070  dom cdm 5580  ⟶wf 6414  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255   ↑_pm cpm 8574  ℂcc 10800  ℝ^*cxr 10939   ≤ cle 10941  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511  ordTopcordt 17127  TopOnctopon 21967  ⇝_𝑡clm 22285  ~~>*clsxlim 43249

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-addrcl 10863  ax-rnegex 10873  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-1o 8267  df-er 8456  df-pm 8576  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-fi 9100  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-neg 11138  df-z 12250  df-uz 12512  df-topgen 17071  df-ordt 17129  df-ps 18199  df-tsr 18200  df-top 21951  df-topon 21968  df-bases 22004  df-lm 22288  df-xlim 43250

This theorem is referenced by:  xlimxrre  43262