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Theorem rlimcnp

Description: Relate a limit of a real-valued sequence at infinity to the continuity of the function S ( y ) = R ( 1 / y ) at zero. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses rlimcnp.a φ A 0 +∞
rlimcnp.0 φ 0 A
rlimcnp.b φ B +
rlimcnp.r φ x A R
rlimcnp.d φ x + x A 1 x B
rlimcnp.c x = 0 R = C
rlimcnp.s x = 1 y R = S
rlimcnp.j J = TopOpen fld
rlimcnp.k K = J 𝑡 A
Assertion rlimcnp φ y B S C x A R K CnP J 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimcnp.a φ A 0 +∞
2 rlimcnp.0 φ 0 A
3 rlimcnp.b φ B +
4 rlimcnp.r φ x A R
5 rlimcnp.d φ x + x A 1 x B
6 rlimcnp.c x = 0 R = C
7 rlimcnp.s x = 1 y R = S
8 rlimcnp.j J = TopOpen fld
9 rlimcnp.k K = J 𝑡 A
10 rpreccl r + 1 r +
11 10 adantl φ r + 1 r +
12 rpreccl t + 1 t +
13 rpcnne0 t + t t 0
14 13 adantl φ t + t t 0
15 recrec t t 0 1 1 t = t
16 14 15 syl φ t + 1 1 t = t
17 16 eqcomd φ t + t = 1 1 t
18 oveq2 r = 1 t 1 r = 1 1 t
19 18 rspceeqv 1 t + t = 1 1 t r + t = 1 r
20 12 17 19 syl2an2 φ t + r + t = 1 r
21 simpr φ t = 1 r t = 1 r
22 21 breq1d φ t = 1 r t < y 1 r < y
23 22 imbi1d φ t = 1 r t < y S C < z 1 r < y S C < z
24 23 ralbidv φ t = 1 r y B t < y S C < z y B 1 r < y S C < z
25 11 20 24 rexxfrd φ t + y B t < y S C < z r + y B 1 r < y S C < z
26 25 adantr φ z + t + y B t < y S C < z r + y B 1 r < y S C < z
27 simplr φ r + y B r +
28 3 sselda φ y B y +
29 28 adantlr φ r + y B y +
30 elrp r + r 0 < r
31 elrp y + y 0 < y
32 ltrec1 r 0 < r y 0 < y 1 r < y 1 y < r
33 30 31 32 syl2anb r + y + 1 r < y 1 y < r
34 27 29 33 syl2anc φ r + y B 1 r < y 1 y < r
35 34 imbi1d φ r + y B 1 r < y S C < z 1 y < r S C < z
36 35 ralbidva φ r + y B 1 r < y S C < z y B 1 y < r S C < z
37 36 adantlr φ z + r + y B 1 r < y S C < z y B 1 y < r S C < z
38 rpcn y + y
39 rpne0 y + y 0
40 38 39 recrecd y + 1 1 y = y
41 28 40 syl φ y B 1 1 y = y
42 simpr φ y B y B
43 41 42 eqeltrd φ y B 1 1 y B
44 eleq1 x = 1 y x A 1 y A
45 oveq2 x = 1 y 1 x = 1 1 y
46 45 eleq1d x = 1 y 1 x B 1 1 y B
47 44 46 bibi12d x = 1 y x A 1 x B 1 y A 1 1 y B
48 5 ralrimiva φ x + x A 1 x B
49 48 adantr φ y B x + x A 1 x B
50 28 rpreccld φ y B 1 y +
51 47 49 50 rspcdva φ y B 1 y A 1 1 y B
52 43 51 mpbird φ y B 1 y A
53 50 rpne0d φ y B 1 y 0
54 eldifsn 1 y A 0 1 y A 1 y 0
55 52 53 54 sylanbrc φ y B 1 y A 0
56 eldifi x A 0 x A
57 56 adantl φ x A 0 x A
58 rge0ssre 0 +∞
59 1 ssdifssd φ A 0 0 +∞
60 59 sselda φ x A 0 x 0 +∞
61 58 60 sseldi φ x A 0 x
62 0re 0
63 pnfxr +∞ *
64 elico2 0 +∞ * x 0 +∞ x 0 x x < +∞
65 62 63 64 mp2an x 0 +∞ x 0 x x < +∞
66 65 simp2bi x 0 +∞ 0 x
67 60 66 syl φ x A 0 0 x
68 eldifsni x A 0 x 0
69 68 adantl φ x A 0 x 0
70 61 67 69 ne0gt0d φ x A 0 0 < x
71 61 70 elrpd φ x A 0 x +
72 71 5 syldan φ x A 0 x A 1 x B
73 57 72 mpbid φ x A 0 1 x B
74 rpcn x + x
75 rpne0 x + x 0
76 74 75 recrecd x + 1 1 x = x
77 71 76 syl φ x A 0 1 1 x = x
78 77 eqcomd φ x A 0 x = 1 1 x
79 oveq2 y = 1 x 1 y = 1 1 x
80 79 rspceeqv 1 x B x = 1 1 x y B x = 1 y
81 73 78 80 syl2anc φ x A 0 y B x = 1 y
82 breq1 x = 1 y x < r 1 y < r
83 7 fvoveq1d x = 1 y R C = S C
84 83 breq1d x = 1 y R C < z S C < z
85 82 84 imbi12d x = 1 y x < r R C < z 1 y < r S C < z
86 85 adantl φ x = 1 y x < r R C < z 1 y < r S C < z
87 55 81 86 ralxfrd φ x A 0 x < r R C < z y B 1 y < r S C < z
88 87 ad2antrr φ z + r + x A 0 x < r R C < z y B 1 y < r S C < z
89 37 88 bitr4d φ z + r + y B 1 r < y S C < z x A 0 x < r R C < z
90 elsni x 0 x = 0
91 90 adantl φ z + x 0 x = 0
92 91 6 syl φ z + x 0 R = C
93 92 oveq1d φ z + x 0 R C = C C
94 6 eleq1d x = 0 R C
95 4 ralrimiva φ x A R
96 94 95 2 rspcdva φ C
97 96 subidd φ C C = 0
98 97 ad2antrr φ z + x 0 C C = 0
99 93 98 eqtrd φ z + x 0 R C = 0
100 99 abs00bd φ z + x 0 R C = 0
101 rpgt0 z + 0 < z
102 101 ad2antlr φ z + x 0 0 < z
103 100 102 eqbrtrd φ z + x 0 R C < z
104 103 a1d φ z + x 0 x < r R C < z
105 104 ralrimiva φ z + x 0 x < r R C < z
106 105 adantr φ z + r + x 0 x < r R C < z
107 106 biantrud φ z + r + x A 0 x < r R C < z x A 0 x < r R C < z x 0 x < r R C < z
108 ralunb x A 0 0 x < r R C < z x A 0 x < r R C < z x 0 x < r R C < z
109 107 108 bitr4di φ z + r + x A 0 x < r R C < z x A 0 0 x < r R C < z
110 undif1 A 0 0 = A 0
111 2 ad2antrr φ z + r + 0 A
112 111 snssd φ z + r + 0 A
113 ssequn2 0 A A 0 = A
114 112 113 sylib φ z + r + A 0 = A
115 110 114 syl5eq φ z + r + A 0 0 = A
116 115 raleqdv φ z + r + x A 0 0 x < r R C < z x A x < r R C < z
117 89 109 116 3bitrd φ z + r + y B 1 r < y S C < z x A x < r R C < z
118 117 rexbidva φ z + r + y B 1 r < y S C < z r + x A x < r R C < z
119 26 118 bitrd φ z + t + y B t < y S C < z r + x A x < r R C < z
120 119 ralbidva φ z + t + y B t < y S C < z z + r + x A x < r R C < z
121 nfv x w abs A × A 0 < r
122 nffvmpt1 _ x x A R w
123 nfcv _ x abs
124 nffvmpt1 _ x x A R 0
125 122 123 124 nfov _ x x A R w abs x A R 0
126 nfcv _ x <
127 nfcv _ x z
128 125 126 127 nfbr x x A R w abs x A R 0 < z
129 121 128 nfim x w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z
130 nfv w x abs A × A 0 < r x A R x abs x A R 0 < z
131 oveq1 w = x w abs A × A 0 = x abs A × A 0
132 131 breq1d w = x w abs A × A 0 < r x abs A × A 0 < r
133 fveq2 w = x x A R w = x A R x
134 133 oveq1d w = x x A R w abs x A R 0 = x A R x abs x A R 0
135 134 breq1d w = x x A R w abs x A R 0 < z x A R x abs x A R 0 < z
136 132 135 imbi12d w = x w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z x abs A × A 0 < r x A R x abs x A R 0 < z
137 129 130 136 cbvralw w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z x A x abs A × A 0 < r x A R x abs x A R 0 < z
138 simpr φ x A x A
139 2 adantr φ x A 0 A
140 138 139 ovresd φ x A x abs A × A 0 = x abs 0
141 1 58 sstrdi φ A
142 ax-resscn
143 141 142 sstrdi φ A
144 143 sselda φ x A x
145 0cnd φ x A 0
146 eqid abs = abs
147 146 cnmetdval x 0 x abs 0 = x 0
148 144 145 147 syl2anc φ x A x abs 0 = x 0
149 144 subid1d φ x A x 0 = x
150 149 fveq2d φ x A x 0 = x
151 140 148 150 3eqtrd φ x A x abs A × A 0 = x
152 141 sselda φ x A x
153 1 sselda φ x A x 0 +∞
154 153 66 syl φ x A 0 x
155 152 154 absidd φ x A x = x
156 151 155 eqtrd φ x A x abs A × A 0 = x
157 156 breq1d φ x A x abs A × A 0 < r x < r
158 eqid x A R = x A R
159 158 fvmpt2 x A R x A R x = R
160 138 4 159 syl2anc φ x A x A R x = R
161 96 adantr φ x A C
162 158 6 139 161 fvmptd3 φ x A x A R 0 = C
163 160 162 oveq12d φ x A x A R x abs x A R 0 = R abs C
164 146 cnmetdval R C R abs C = R C
165 4 161 164 syl2anc φ x A R abs C = R C
166 163 165 eqtrd φ x A x A R x abs x A R 0 = R C
167 166 breq1d φ x A x A R x abs x A R 0 < z R C < z
168 157 167 imbi12d φ x A x abs A × A 0 < r x A R x abs x A R 0 < z x < r R C < z
169 168 ralbidva φ x A x abs A × A 0 < r x A R x abs x A R 0 < z x A x < r R C < z
170 137 169 syl5bb φ w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z x A x < r R C < z
171 170 rexbidv φ r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z r + x A x < r R C < z
172 171 ralbidv φ z + r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z z + r + x A x < r R C < z
173 4 fmpttd φ x A R : A
174 173 biantrurd φ z + r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z x A R : A z + r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z
175 120 172 174 3bitr2d φ z + t + y B t < y S C < z x A R : A z + r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z
176 7 eleq1d x = 1 y R S
177 95 adantr φ y B x A R
178 176 177 52 rspcdva φ y B S
179 178 ralrimiva φ y B S
180 rpssre +
181 3 180 sstrdi φ B
182 1red φ 1
183 179 181 96 182 rlim3 φ y B S C z + t 1 +∞ y B t y S C < z
184 0xr 0 *
185 0lt1 0 < 1
186 df-ioo . = x * , y * z * | x < z z < y
187 df-ico . = x * , y * z * | x z z < y
188 xrltletr 0 * 1 * w * 0 < 1 1 w 0 < w
189 186 187 188 ixxss1 0 * 0 < 1 1 +∞ 0 +∞
190 184 185 189 mp2an 1 +∞ 0 +∞
191 ioorp 0 +∞ = +
192 190 191 sseqtri 1 +∞ +
193 ssrexv 1 +∞ + t 1 +∞ y B t y S C < z t + y B t y S C < z
194 192 193 ax-mp t 1 +∞ y B t y S C < z t + y B t y S C < z
195 simplr φ t + y B t +
196 180 195 sseldi φ t + y B t
197 181 adantr φ t + B
198 197 sselda φ t + y B y
199 ltle t y t < y t y
200 196 198 199 syl2anc φ t + y B t < y t y
201 200 imim1d φ t + y B t y S C < z t < y S C < z
202 201 ralimdva φ t + y B t y S C < z y B t < y S C < z
203 202 reximdva φ t + y B t y S C < z t + y B t < y S C < z
204 194 203 syl5 φ t 1 +∞ y B t y S C < z t + y B t < y S C < z
205 204 ralimdv φ z + t 1 +∞ y B t y S C < z z + t + y B t < y S C < z
206 183 205 sylbid φ y B S C z + t + y B t < y S C < z
207 ssrexv + t + y B t < y S C < z t y B t < y S C < z
208 180 207 ax-mp t + y B t < y S C < z t y B t < y S C < z
209 208 ralimi z + t + y B t < y S C < z z + t y B t < y S C < z
210 179 181 96 rlim2lt φ y B S C z + t y B t < y S C < z
211 209 210 syl5ibr φ z + t + y B t < y S C < z y B S C
212 206 211 impbid φ y B S C z + t + y B t < y S C < z
213 cnxmet abs ∞Met
214 xmetres2 abs ∞Met A abs A × A ∞Met A
215 213 143 214 sylancr φ abs A × A ∞Met A
216 213 a1i φ abs ∞Met
217 eqid MetOpen abs A × A = MetOpen abs A × A
218 8 cnfldtopn J = MetOpen abs
219 217 218 metcnp2 abs A × A ∞Met A abs ∞Met 0 A x A R MetOpen abs A × A CnP J 0 x A R : A z + r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z
220 215 216 2 219 syl3anc φ x A R MetOpen abs A × A CnP J 0 x A R : A z + r + w A w abs A × A 0 < r x A R w abs x A R 0 < z
221 175 212 220 3bitr4d φ y B S C x A R MetOpen abs A × A CnP J 0
222 eqid abs A × A = abs A × A
223 222 218 217 metrest abs ∞Met A J 𝑡 A = MetOpen abs A × A
224 213 143 223 sylancr φ J 𝑡 A = MetOpen abs A × A
225 9 224 syl5eq φ K = MetOpen abs A × A
226 225 oveq1d φ K CnP J = MetOpen abs A × A CnP J
227 226 fveq1d φ K CnP J 0 = MetOpen abs A × A CnP J 0
228 227 eleq2d φ x A R K CnP J 0 x A R MetOpen abs A × A CnP J 0
229 221 228 bitr4d φ y B S C x A R K CnP J 0