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Theorem climxlim2lem

Description: In this lemma for climxlim2 there is the additional assumption that the converging function is complex-valued on the whole domain. (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Feb-2022)

Ref Expression
Hypotheses climxlim2lem.1 ⊢ φ → M ∈ ℤ
climxlim2lem.2 ⊢ Z = ℤ ≥ M
climxlim2lem.3 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℝ *
climxlim2lem.4 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℂ
climxlim2lem.5 ⊢ φ → F ⇝ A
Assertion climxlim2lem ⊢ φ → F ⇝* A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climxlim2lem.1 ⊢ φ → M ∈ ℤ
2 climxlim2lem.2 ⊢ Z = ℤ ≥ M
3 climxlim2lem.3 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℝ *
4 climxlim2lem.4 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℂ
5 climxlim2lem.5 ⊢ φ → F ⇝ A
6 5 adantr ⊢ φ ∧ A ∈ ℝ → F ⇝ A
7 1 adantr ⊢ φ ∧ A ∈ ℝ → M ∈ ℤ
8 3 adantr ⊢ φ ∧ A ∈ ℝ → F : Z ⟶ ℝ *
9 simpr ⊢ φ ∧ A ∈ ℝ → A ∈ ℝ
10 7 2 8 9 xlimclim2 ⊢ φ ∧ A ∈ ℝ → F ⇝* A ↔ F ⇝ A
11 6 10 mpbird ⊢ φ ∧ A ∈ ℝ → F ⇝* A
12 4 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ ℂ
13 12 anim1i ⊢ φ ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ≠ A → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A
14 13 adantllr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ≠ A → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A
15 3 adantr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A → F : Z ⟶ ℝ *
16 15 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ ℝ *
17 simplr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z → ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A
18 eleq1 ⊢ y = F ⁡ k → y ∈ ℂ ↔ F ⁡ k ∈ ℂ
19 neeq1 ⊢ y = F ⁡ k → y ≠ A ↔ F ⁡ k ≠ A
20 18 19 anbi12d ⊢ y = F ⁡ k → y ∈ ℂ ∧ y ≠ A ↔ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A
21 fvoveq1 ⊢ y = F ⁡ k → y − A = F ⁡ k − A
22 21 breq2d ⊢ y = F ⁡ k → x ≤ y − A ↔ x ≤ F ⁡ k − A
23 20 22 imbi12d ⊢ y = F ⁡ k → y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ↔ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
24 23 rspcva ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ * ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
25 16 17 24 syl2anc ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
26 25 adantr ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ≠ A → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
27 14 26 mpd ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z ∧ F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
28 27 ex ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
29 28 ralrimiva ⊢ φ ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
30 29 ad4ant14 ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
31 climcl ⊢ F ⇝ A → A ∈ ℂ
32 5 31 syl ⊢ φ → A ∈ ℂ
33 32 adantr ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → A ∈ ℂ
34 simpr ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → ¬ A ∈ ℝ
35 prfi ⊢ +∞ −∞ ∈ Fin
36 35 a1i ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → +∞ −∞ ∈ Fin
37 df-xr ⊢ ℝ * = ℝ ∪ +∞ −∞
38 33 34 36 37 cnrefiisp ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → ∃ x ∈ ℝ + ∀ y ∈ ℝ * y ∈ ℂ ∧ y ≠ A → x ≤ y − A
39 30 38 reximddv3 ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → ∃ x ∈ ℝ + ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
40 nfv ⊢ Ⅎ k φ ∧ x ∈ ℝ +
41 nfra1 ⊢ Ⅎ k ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
42 40 41 nfan ⊢ Ⅎ k φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
43 nfv ⊢ Ⅎ k j ∈ Z
44 42 43 nfan ⊢ Ⅎ k φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z
45 nfra1 ⊢ Ⅎ k ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
46 44 45 nfan ⊢ Ⅎ k φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
47 simpll ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
48 2 uztrn2 ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → k ∈ Z
49 48 adantll ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → k ∈ Z
50 rspa ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
51 47 49 50 syl2anc ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A
52 neqne ⊢ ¬ F ⁡ k = A → F ⁡ k ≠ A
53 51 52 impel ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ ¬ F ⁡ k = A → x ≤ F ⁡ k − A
54 53 ad5ant2345 ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ ¬ F ⁡ k = A → x ≤ F ⁡ k − A
55 54 adantllr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ ¬ F ⁡ k = A → x ≤ F ⁡ k − A
56 rspa ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A < x
57 56 adantll ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A < x
58 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F : Z ⟶ ℂ
59 48 adantll ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → k ∈ Z
60 58 59 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k ∈ ℂ
61 60 adantlr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k ∈ ℂ
62 32 ad3antrrr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → A ∈ ℂ
63 61 62 subcld ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A ∈ ℂ
64 63 abscld ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A ∈ ℝ
65 64 adantl3r ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A ∈ ℝ
66 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + → x ∈ ℝ +
67 66 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → x ∈ ℝ +
68 67 rpred ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → x ∈ ℝ
69 65 68 ltnled ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A < x ↔ ¬ x ≤ F ⁡ k − A
70 57 69 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → ¬ x ≤ F ⁡ k − A
71 70 adantl3r ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → ¬ x ≤ F ⁡ k − A
72 71 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ ¬ F ⁡ k = A → ¬ x ≤ F ⁡ k − A
73 55 72 condan ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k = A
74 46 73 ralrimia ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A
75 nfcv ⊢ Ⅎ _ k F
76 75 1 2 4 climuz ⊢ φ → F ⇝ A ↔ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
77 5 76 mpbid ⊢ φ → A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
78 77 simprd ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
79 78 r19.21bi ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
80 79 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
81 74 80 reximddv3 ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A
82 81 adantllr ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ + ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ≠ A → x ≤ F ⁡ k − A → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A
83 39 82 rexlimddv2 ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A
84 nfv ⊢ Ⅎ k φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z
85 nfra1 ⊢ Ⅎ k ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A
86 84 85 nfan ⊢ Ⅎ k φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A
87 3 ad3antrrr ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → F : Z ⟶ ℝ *
88 simplr ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → j ∈ Z
89 2 uzid3 ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ ≥ j
90 fveq2 ⊢ k = j → F ⁡ k = F ⁡ j
91 90 eqeq1d ⊢ k = j → F ⁡ k = A ↔ F ⁡ j = A
92 91 rspcva ⊢ j ∈ ℤ ≥ j ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → F ⁡ j = A
93 89 92 sylan ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → F ⁡ j = A
94 93 3adant1 ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → F ⁡ j = A
95 3 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ j ∈ Z → F ⁡ j ∈ ℝ *
96 95 3adant3 ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → F ⁡ j ∈ ℝ *
97 94 96 eqeltrrd ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → A ∈ ℝ *
98 97 ad4ant134 ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → A ∈ ℝ *
99 rspa ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k = A
100 99 adantll ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k = A
101 86 75 2 87 88 98 100 xlimconst2 ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k = A → F ⇝* A
102 83 101 rexlimddv2 ⊢ φ ∧ ¬ A ∈ ℝ → F ⇝* A
103 11 102 pm2.61dan ⊢ φ → F ⇝* A