Metamath Proof Explorer


Theorem rlim

Description: Express the predicate: The limit of complex number function F is C , or F converges to C , in the real sense. This means that for any real x , no matter how small, there always exists a number y such that the absolute difference of any number in the function beyond y and the limit is less than x . (Contributed by Mario Carneiro, 16-Sep-2014) (Revised by Mario Carneiro, 28-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses rlim.1 ⊢ φ → F : A ⟶ ℂ
rlim.2 ⊢ φ → A ⊆ ℝ
rlim.4 ⊢ φ ∧ z ∈ A → F ⁡ z = B
Assertion rlim ⊢ φ → F ⇝ℝ C ↔ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlim.1 ⊢ φ → F : A ⟶ ℂ
2 rlim.2 ⊢ φ → A ⊆ ℝ
3 rlim.4 ⊢ φ ∧ z ∈ A → F ⁡ z = B
4 rlimrel ⊢ Rel ⁡ ⇝ℝ
5 4 brrelex2i ⊢ F ⇝ℝ C → C ∈ V
6 5 a1i ⊢ φ → F ⇝ℝ C → C ∈ V
7 elex ⊢ C ∈ ℂ → C ∈ V
8 7 ad2antrl ⊢ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x → C ∈ V
9 8 a1i ⊢ φ → F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x → C ∈ V
10 cnex ⊢ ℂ ∈ V
11 reex ⊢ ℝ ∈ V
12 elpm2r ⊢ ℂ ∈ V ∧ ℝ ∈ V ∧ F : A ⟶ ℂ ∧ A ⊆ ℝ → F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ
13 10 11 12 mpanl12 ⊢ F : A ⟶ ℂ ∧ A ⊆ ℝ → F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ
14 1 2 13 syl2anc ⊢ φ → F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ
15 eleq1 ⊢ f = F → f ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ
16 eleq1 ⊢ w = C → w ∈ ℂ ↔ C ∈ ℂ
17 15 16 bi2anan9 ⊢ f = F ∧ w = C → f ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ w ∈ ℂ ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ
18 simpl ⊢ f = F ∧ w = C → f = F
19 18 dmeqd ⊢ f = F ∧ w = C → dom ⁡ f = dom ⁡ F
20 fveq1 ⊢ f = F → f ⁡ z = F ⁡ z
21 oveq12 ⊢ f ⁡ z = F ⁡ z ∧ w = C → f ⁡ z − w = F ⁡ z − C
22 20 21 sylan ⊢ f = F ∧ w = C → f ⁡ z − w = F ⁡ z − C
23 22 fveq2d ⊢ f = F ∧ w = C → f ⁡ z − w = F ⁡ z − C
24 23 breq1d ⊢ f = F ∧ w = C → f ⁡ z − w < x ↔ F ⁡ z − C < x
25 24 imbi2d ⊢ f = F ∧ w = C → y ≤ z → f ⁡ z − w < x ↔ y ≤ z → F ⁡ z − C < x
26 19 25 raleqbidv ⊢ f = F ∧ w = C → ∀ z ∈ dom ⁡ f y ≤ z → f ⁡ z − w < x ↔ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
27 26 rexbidv ⊢ f = F ∧ w = C → ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ f y ≤ z → f ⁡ z − w < x ↔ ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
28 27 ralbidv ⊢ f = F ∧ w = C → ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ f y ≤ z → f ⁡ z − w < x ↔ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
29 17 28 anbi12d ⊢ f = F ∧ w = C → f ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ w ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ f y ≤ z → f ⁡ z − w < x ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
30 df-rlim ⊢ ⇝ℝ = f w | f ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ w ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ f y ≤ z → f ⁡ z − w < x
31 29 30 brabga ⊢ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ V → F ⇝ℝ C ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
32 anass ⊢ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
33 31 32 bitrdi ⊢ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ V → F ⇝ℝ C ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
34 33 ex ⊢ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ → C ∈ V → F ⇝ℝ C ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
35 14 34 syl ⊢ φ → C ∈ V → F ⇝ℝ C ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
36 6 9 35 pm5.21ndd ⊢ φ → F ⇝ℝ C ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
37 14 biantrurd ⊢ φ → C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ F ∈ ℂ ↑ 𝑝𝑚 ℝ ∧ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x
38 1 fdmd ⊢ φ → dom ⁡ F = A
39 38 raleqdv ⊢ φ → ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ ∀ z ∈ A y ≤ z → F ⁡ z − C < x
40 3 fvoveq1d ⊢ φ ∧ z ∈ A → F ⁡ z − C = B − C
41 40 breq1d ⊢ φ ∧ z ∈ A → F ⁡ z − C < x ↔ B − C < x
42 41 imbi2d ⊢ φ ∧ z ∈ A → y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ y ≤ z → B − C < x
43 42 ralbidva ⊢ φ → ∀ z ∈ A y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x
44 39 43 bitrd ⊢ φ → ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x
45 44 rexbidv ⊢ φ → ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x
46 45 ralbidv ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x
47 46 anbi2d ⊢ φ → C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ dom ⁡ F y ≤ z → F ⁡ z − C < x ↔ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x
48 36 37 47 3bitr2d ⊢ φ → F ⇝ℝ C ↔ C ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ ∀ z ∈ A y ≤ z → B − C < x