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Theorem 2clim

Description: If two sequences converge to each other, they converge to the same limit. (Contributed by NM, 24-Dec-2005) (Proof shortened by Mario Carneiro, 31-Jan-2014)

Ref Expression
Hypotheses 2clim.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2clim.2 ⊢ φ → M ∈ ℤ
2clim.3 ⊢ φ → G ∈ V
2clim.5 ⊢ φ ∧ k ∈ Z → G ⁡ k ∈ ℂ
2clim.6 ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < x
2clim.7 ⊢ φ → F ⇝ A
Assertion 2clim ⊢ φ → G ⇝ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2clim.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 2clim.2 ⊢ φ → M ∈ ℤ
3 2clim.3 ⊢ φ → G ∈ V
4 2clim.5 ⊢ φ ∧ k ∈ Z → G ⁡ k ∈ ℂ
5 2clim.6 ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < x
6 2clim.7 ⊢ φ → F ⇝ A
7 rphalfcl ⊢ y ∈ ℝ + → y 2 ∈ ℝ +
8 breq2 ⊢ x = y 2 → F ⁡ k − G ⁡ k < x ↔ F ⁡ k − G ⁡ k < y 2
9 8 rexralbidv ⊢ x = y 2 → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < x ↔ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2
10 9 rspccva ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < x ∧ y 2 ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2
11 5 7 10 syl2an ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2
12 2 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → M ∈ ℤ
13 7 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y 2 ∈ ℝ +
14 eqidd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z → F ⁡ k = F ⁡ k
15 6 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⇝ A
16 1 12 13 14 15 climi ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2
17 1 rexanuz2 ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 ↔ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2
18 11 16 17 sylanbrc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2
19 1 uztrn2 ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → k ∈ Z
20 an12 ⊢ F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 ↔ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2
21 simprr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k ∈ ℂ
22 4 ad2ant2r ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → G ⁡ k ∈ ℂ
23 21 22 abssubd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − G ⁡ k = G ⁡ k − F ⁡ k
24 23 breq1d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ↔ G ⁡ k − F ⁡ k < y 2
25 24 anbi1d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2 ↔ G ⁡ k − F ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2
26 climcl ⊢ F ⇝ A → A ∈ ℂ
27 6 26 syl ⊢ φ → A ∈ ℂ
28 27 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → A ∈ ℂ
29 rpre ⊢ y ∈ ℝ + → y ∈ ℝ
30 29 ad2antlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → y ∈ ℝ
31 abs3lem ⊢ G ⁡ k ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ y ∈ ℝ → G ⁡ k − F ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
32 22 28 21 30 31 syl22anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → G ⁡ k − F ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
33 25 32 sylbid ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
34 33 anassrs ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
35 34 expimpd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
36 20 35 biimtrid ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
37 19 36 sylan2 ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
38 37 anassrs ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 → G ⁡ k − A < y
39 38 ralimdva ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j G ⁡ k − A < y
40 39 reximdva ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − G ⁡ k < y 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < y 2 → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j G ⁡ k − A < y
41 18 40 mpd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j G ⁡ k − A < y
42 41 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j G ⁡ k − A < y
43 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ Z → G ⁡ k = G ⁡ k
44 1 2 3 43 27 4 clim2c ⊢ φ → G ⇝ A ↔ ∀ y ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j G ⁡ k − A < y
45 42 44 mpbird ⊢ φ → G ⇝ A