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Theorem lmmo

Description: A sequence in a Hausdorff space converges to at most one limit. Part of Lemma 1.4-2(a) of Kreyszig p. 26. (Contributed by NM, 31-Jan-2008) (Proof shortened by Mario Carneiro, 1-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses lmmo.1 ⊢ φ → J ∈ Haus
lmmo.4 ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J A
lmmo.5 ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J B
Assertion lmmo ⊢ φ → A = B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmmo.1 ⊢ φ → J ∈ Haus
2 lmmo.4 ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J A
3 lmmo.5 ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J B
4 an4 ⊢ x ∈ J ∧ y ∈ J ∧ A ∈ x ∧ B ∈ y ↔ x ∈ J ∧ A ∈ x ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y
5 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
6 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → A ∈ x
7 1zzd ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → 1 ∈ ℤ
8 2 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → F ⇝t ⁡ J A
9 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → x ∈ J
10 5 6 7 8 9 lmcvg ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x
11 10 ex ⊢ φ → x ∈ J ∧ A ∈ x → ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x
12 simprr ⊢ φ ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → B ∈ y
13 1zzd ⊢ φ ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → 1 ∈ ℤ
14 3 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → F ⇝t ⁡ J B
15 simprl ⊢ φ ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → y ∈ J
16 5 12 13 14 15 lmcvg ⊢ φ ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ y
17 16 ex ⊢ φ → y ∈ J ∧ B ∈ y → ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ y
18 11 17 anim12d ⊢ φ → x ∈ J ∧ A ∈ x ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ y
19 5 rexanuz2 ⊢ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y ↔ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ y
20 nnz ⊢ j ∈ ℕ → j ∈ ℤ
21 uzid ⊢ j ∈ ℤ → j ∈ ℤ ≥ j
22 ne0i ⊢ j ∈ ℤ ≥ j → ℤ ≥ j ≠ ∅
23 20 21 22 3syl ⊢ j ∈ ℕ → ℤ ≥ j ≠ ∅
24 r19.2z ⊢ ℤ ≥ j ≠ ∅ ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y → ∃ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y
25 elin ⊢ F ⁡ k ∈ x ∩ y ↔ F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y
26 n0i ⊢ F ⁡ k ∈ x ∩ y → ¬ x ∩ y = ∅
27 25 26 sylbir ⊢ F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
28 27 rexlimivw ⊢ ∃ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
29 24 28 syl ⊢ ℤ ≥ j ≠ ∅ ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
30 23 29 sylan ⊢ j ∈ ℕ ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
31 30 rexlimiva ⊢ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ F ⁡ k ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
32 19 31 sylbir ⊢ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ∧ ∃ j ∈ ℕ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
33 18 32 syl6 ⊢ φ → x ∈ J ∧ A ∈ x ∧ y ∈ J ∧ B ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
34 4 33 biimtrid ⊢ φ → x ∈ J ∧ y ∈ J ∧ A ∈ x ∧ B ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
35 34 expdimp ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ y ∈ J → A ∈ x ∧ B ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅
36 imnan ⊢ A ∈ x ∧ B ∈ y → ¬ x ∩ y = ∅ ↔ ¬ A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
37 35 36 sylib ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ y ∈ J → ¬ A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
38 df-3an ⊢ A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅ ↔ A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
39 37 38 sylnibr ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ y ∈ J → ¬ A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
40 39 anassrs ⊢ φ ∧ x ∈ J ∧ y ∈ J → ¬ A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
41 40 nrexdv ⊢ φ ∧ x ∈ J → ¬ ∃ y ∈ J A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
42 41 nrexdv ⊢ φ → ¬ ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
43 haustop ⊢ J ∈ Haus → J ∈ Top
44 1 43 syl ⊢ φ → J ∈ Top
45 toptopon2 ⊢ J ∈ Top ↔ J ∈ TopOn ⁡ ⋃ J
46 44 45 sylib ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ ⋃ J
47 lmcl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ ⋃ J ∧ F ⇝t ⁡ J A → A ∈ ⋃ J
48 46 2 47 syl2anc ⊢ φ → A ∈ ⋃ J
49 lmcl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ ⋃ J ∧ F ⇝t ⁡ J B → B ∈ ⋃ J
50 46 3 49 syl2anc ⊢ φ → B ∈ ⋃ J
51 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
52 51 hausnei ⊢ J ∈ Haus ∧ A ∈ ⋃ J ∧ B ∈ ⋃ J ∧ A ≠ B → ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
53 52 3exp2 ⊢ J ∈ Haus → A ∈ ⋃ J → B ∈ ⋃ J → A ≠ B → ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
54 1 48 50 53 syl3c ⊢ φ → A ≠ B → ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
55 54 necon1bd ⊢ φ → ¬ ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J A ∈ x ∧ B ∈ y ∧ x ∩ y = ∅ → A = B
56 42 55 mpd ⊢ φ → A = B