Theorem xlimxrre 46660

Description: If a sequence ranging over the extended reals converges w.r.t. the standard topology on the complex numbers, then there exists an upper set of the integers over which the function is real-valued (the weaker hypothesis 𝐹 ∈ dom ⇝ is probably not enough, since in principle we could have +∞ ∈ ℂ and -∞ ∈ ℂ). (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Feb-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
xlimxrre.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
xlimxrre.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
xlimxrre.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
xlimxrre.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
xlimxrre.c	⊢ (𝜑 → 𝐹~~>*𝐴)

Assertion

Ref	Expression
xlimxrre	⊢ (𝜑 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 (𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑗   𝑗,𝐹   𝑗,𝑀   𝑗,𝑍   𝜑,𝑗

Proof of Theorem xlimxrre

Dummy variables 𝑘 𝑢 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elioore 13429	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
2	1	anim2i 629	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))) → (𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ))
3	2	ralimi 3099	. . . . 5 ⊢ (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ))
4	3	adantl 487	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ))
5		xlimxrre.f	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ*)
6	5	ffund 6708	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → Fun 𝐹)
7		ffvresb 7120	. . . . . 6 ⊢ (Fun 𝐹 → ((𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)))
8	6, 7	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)))
9	8	adantr 486	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))) → ((𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)))
10	4, 9	mpbird 260	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))) → (𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ)
11	10	adantrl 729	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))))) → (𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ)
12		xlimxrre.a	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
13		peano2rem 11550	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
14	12, 13	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
15	14	rexrd 11284	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − 1) ∈ ℝ*)
16		peano2re 11408	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + 1) ∈ ℝ)
17	12, 16	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 1) ∈ ℝ)
18	17	rexrd 11284	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 1) ∈ ℝ*)
19	12	ltm1d 12172	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − 1) < 𝐴)
20	12	ltp1d 12170	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < (𝐴 + 1))
21	15, 18, 12, 19, 20	eliood 46329	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))
22		iooordt 23443	. . . 4 ⊢ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) ∈ (ordTop‘ ≤ )
23		xlimxrre.c	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹~~>*𝐴)
24		nfcv 2922	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘𝐹
25		xlimxrre.m	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
26		xlimxrre.z	. . . . . . 7 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
27		eqid 2760	. . . . . . 7 ⊢ (ordTop‘ ≤ ) = (ordTop‘ ≤ )
28	24, 25, 26, 5, 27	xlimbr 46656	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐹~~>*𝐴 ↔ (𝐴 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝐴 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))))
29	23, 28	mpbid 235	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℝ* ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝐴 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))))
30	29	simprd 501	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝐴 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)))
31		eleq2 2849	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → (𝐴 ∈ 𝑢 ↔ 𝐴 ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))))
32		eleq2 2849	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → ((𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢 ↔ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))))
33	32	anbi2d 642	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → ((𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢) ↔ (𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))))
34	33	rexralbidv 3228	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))))
35	31, 34	imbi12d 347	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → ((𝐴 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢)) ↔ (𝐴 ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))))))
36	35	rspcva 3574	. . . 4 ⊢ ((((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) ∈ (ordTop‘ ≤ ) ∧ ∀𝑢 ∈ (ordTop‘ ≤ )(𝐴 ∈ 𝑢 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑢))) → (𝐴 ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))))
37	22, 30, 36	sylancr 599	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1)))))
38	21, 37	mpd 16	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ((𝐴 − 1)(,)(𝐴 + 1))))
39	11, 38	reximddv 3178	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑗 ∈ 𝑍 (𝐹 ↾ (ℤ≥‘𝑗)):(ℤ≥‘𝑗)⟶ℝ)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   class class class wbr 5103  dom cdm 5655   ↾ cres 5657  Fun wfun 6527  ⟶wf 6529  ‘cfv 6533  (class class class)co 7414  ℝcr 11124  1c1 11126   + caddc 11128  ℝ^*cxr 11267   ≤ cle 11269   − cmin 11466  ℤcz 12616  ℤ_≥cuz 12888  (,)cioo 13399  ordTopcordt 17586  ~~>*clsxlim 46647

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7737  ax-cnex 11181  ax-resscn 11182  ax-1cn 11183  ax-icn 11184  ax-addcl 11185  ax-addrcl 11186  ax-mulcl 11187  ax-mulrcl 11188  ax-mulcom 11189  ax-addass 11190  ax-mulass 11191  ax-distr 11192  ax-i2m1 11193  ax-1ne0 11194  ax-1rid 11195  ax-rnegex 11196  ax-rrecex 11197  ax-cnre 11198  ax-pre-lttri 11199  ax-pre-lttrn 11200  ax-pre-ltadd 11201  ax-pre-mulgt0 11202  ax-pre-sup 11203

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7371  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8281  df-wrecs 8312  df-recs 8361  df-rdg 8400  df-1o 8456  df-2o 8457  df-er 8697  df-pm 8830  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-fin 8957  df-fi 9382  df-sup 9413  df-inf 9414  df-pnf 11270  df-mnf 11271  df-xr 11272  df-ltxr 11273  df-le 11274  df-sub 11468  df-neg 11469  df-div 11897  df-nn 12259  df-n0 12530  df-z 12617  df-uz 12889  df-q 12999  df-ioo 13403  df-ioc 13404  df-ico 13405  df-icc 13406  df-topgen 17529  df-ordt 17588  df-ps 18655  df-tsr 18656  df-top 23120  df-topon 23137  df-bases 23172  df-lm 23455  df-xlim 46648

This theorem is used by:  xlimclim2  46669  xlimliminflimsup  46691