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Theorem rlimcnp2

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 rlimcnp2.a ⊢ φ → A ⊆ 0 +∞
rlimcnp2.0 ⊢ φ → 0 ∈ A
rlimcnp2.b ⊢ φ → B ⊆ ℝ
rlimcnp2.c ⊢ φ → C ∈ ℂ
rlimcnp2.r ⊢ φ ∧ y ∈ B → S ∈ ℂ
rlimcnp2.d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y ∈ B ↔ 1 y ∈ A
rlimcnp2.s ⊢ y = 1 x → S = R
rlimcnp2.j ⊢ J = TopOpen ⁡ ℂ fld
rlimcnp2.k ⊢ K = J ↾ 𝑡 A
Assertion rlimcnp2 ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ⇝ℝ C ↔ x ∈ A ⟼ if x = 0 C R ∈ K CnP J ⁡ 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimcnp2.a ⊢ φ → A ⊆ 0 +∞
2 rlimcnp2.0 ⊢ φ → 0 ∈ A
3 rlimcnp2.b ⊢ φ → B ⊆ ℝ
4 rlimcnp2.c ⊢ φ → C ∈ ℂ
5 rlimcnp2.r ⊢ φ ∧ y ∈ B → S ∈ ℂ
6 rlimcnp2.d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y ∈ B ↔ 1 y ∈ A
7 rlimcnp2.s ⊢ y = 1 x → S = R
8 rlimcnp2.j ⊢ J = TopOpen ⁡ ℂ fld
9 rlimcnp2.k ⊢ K = J ↾ 𝑡 A
10 inss1 ⊢ B ∩ 1 +∞ ⊆ B
11 resmpt ⊢ B ∩ 1 +∞ ⊆ B → y ∈ B ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞ = y ∈ B ∩ 1 +∞ ⟼ S
12 10 11 mp1i ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞ = y ∈ B ∩ 1 +∞ ⟼ S
13 0xr ⊢ 0 ∈ ℝ *
14 0lt1 ⊢ 0 < 1
15 df-ioo ⊢ . = x ∈ ℝ * , y ∈ ℝ * ⟼ z ∈ ℝ * | x < z ∧ z < y
16 df-ico ⊢ . = x ∈ ℝ * , y ∈ ℝ * ⟼ z ∈ ℝ * | x ≤ z ∧ z < y
17 xrltletr ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ 1 ∈ ℝ * ∧ w ∈ ℝ * → 0 < 1 ∧ 1 ≤ w → 0 < w
18 15 16 17 ixxss1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ 0 < 1 → 1 +∞ ⊆ 0 +∞
19 13 14 18 mp2an ⊢ 1 +∞ ⊆ 0 +∞
20 ioorp ⊢ 0 +∞ = ℝ +
21 19 20 sseqtri ⊢ 1 +∞ ⊆ ℝ +
22 sslin ⊢ 1 +∞ ⊆ ℝ + → B ∩ 1 +∞ ⊆ B ∩ ℝ +
23 21 22 ax-mp ⊢ B ∩ 1 +∞ ⊆ B ∩ ℝ +
24 resmpt ⊢ B ∩ 1 +∞ ⊆ B ∩ ℝ + → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞ = y ∈ B ∩ 1 +∞ ⟼ S
25 23 24 mp1i ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞ = y ∈ B ∩ 1 +∞ ⟼ S
26 12 25 eqtr4d ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞ = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞
27 resres ⊢ y ∈ B ⟼ S ↾ B ↾ 1 +∞ = y ∈ B ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞
28 resres ⊢ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ↾ 1 +∞ = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ∩ 1 +∞
29 26 27 28 3eqtr4g ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ B ↾ 1 +∞ = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ↾ 1 +∞
30 5 fmpttd ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S : B ⟶ ℂ
31 30 ffnd ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S Fn B
32 fnresdm ⊢ y ∈ B ⟼ S Fn B → y ∈ B ⟼ S ↾ B = y ∈ B ⟼ S
33 31 32 syl ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ B = y ∈ B ⟼ S
34 33 reseq1d ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ B ↾ 1 +∞ = y ∈ B ⟼ S ↾ 1 +∞
35 elinel1 ⊢ y ∈ B ∩ ℝ + → y ∈ B
36 35 5 sylan2 ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → S ∈ ℂ
37 36 fmpttd ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S : B ∩ ℝ + ⟶ ℂ
38 frel ⊢ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S : B ∩ ℝ + ⟶ ℂ → Rel ⁡ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S
39 37 38 syl ⊢ φ → Rel ⁡ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S
40 eqid ⊢ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S
41 40 36 dmmptd ⊢ φ → dom ⁡ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S = B ∩ ℝ +
42 inss1 ⊢ B ∩ ℝ + ⊆ B
43 41 42 eqsstrdi ⊢ φ → dom ⁡ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ⊆ B
44 relssres ⊢ Rel ⁡ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ∧ dom ⁡ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ⊆ B → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S
45 39 43 44 syl2anc ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S
46 45 reseq1d ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ B ↾ 1 +∞ = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ 1 +∞
47 29 34 46 3eqtr3d ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ 1 +∞ = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ 1 +∞
48 47 breq1d ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ↾ 1 +∞ ⇝ℝ C ↔ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ 1 +∞ ⇝ℝ C
49 1red ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
50 30 3 49 rlimresb ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ⇝ℝ C ↔ y ∈ B ⟼ S ↾ 1 +∞ ⇝ℝ C
51 42 3 sstrid ⊢ φ → B ∩ ℝ + ⊆ ℝ
52 37 51 49 rlimresb ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ⇝ℝ C ↔ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ↾ 1 +∞ ⇝ℝ C
53 48 50 52 3bitr4d ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ⇝ℝ C ↔ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ⇝ℝ C
54 inss2 ⊢ B ∩ ℝ + ⊆ ℝ +
55 54 a1i ⊢ φ → B ∩ ℝ + ⊆ ℝ +
56 55 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → y ∈ ℝ +
57 56 rpreccld ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → 1 y ∈ ℝ +
58 57 rpne0d ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → 1 y ≠ 0
59 58 neneqd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → ¬ 1 y = 0
60 59 iffalsed ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R = ⦋ 1 y / x⦌ R
61 oveq2 ⊢ x = 1 y → 1 x = 1 1 y
62 rpcnne0 ⊢ y ∈ ℝ + → y ∈ ℂ ∧ y ≠ 0
63 recrec ⊢ y ∈ ℂ ∧ y ≠ 0 → 1 1 y = y
64 56 62 63 3syl ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → 1 1 y = y
65 61 64 sylan9eqr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + ∧ x = 1 y → 1 x = y
66 65 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + ∧ x = 1 y → y = 1 x
67 66 7 syl ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + ∧ x = 1 y → S = R
68 67 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + ∧ x = 1 y → R = S
69 57 68 csbied ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → ⦋ 1 y / x⦌ R = S
70 60 69 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R = S
71 70 mpteq2dva ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R = y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S
72 71 breq1d ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R ⇝ℝ C ↔ y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ S ⇝ℝ C
73 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ w = 0 → C ∈ ℂ
74 1 sselda ⊢ φ ∧ w ∈ A → w ∈ 0 +∞
75 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
76 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
77 elico2 ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ +∞ ∈ ℝ * → w ∈ 0 +∞ ↔ w ∈ ℝ ∧ 0 ≤ w ∧ w < +∞
78 75 76 77 mp2an ⊢ w ∈ 0 +∞ ↔ w ∈ ℝ ∧ 0 ≤ w ∧ w < +∞
79 74 78 sylib ⊢ φ ∧ w ∈ A → w ∈ ℝ ∧ 0 ≤ w ∧ w < +∞
80 79 simp1d ⊢ φ ∧ w ∈ A → w ∈ ℝ
81 80 adantr ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → w ∈ ℝ
82 79 simp2d ⊢ φ ∧ w ∈ A → 0 ≤ w
83 leloe ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ w ∈ ℝ → 0 ≤ w ↔ 0 < w ∨ 0 = w
84 75 80 83 sylancr ⊢ φ ∧ w ∈ A → 0 ≤ w ↔ 0 < w ∨ 0 = w
85 82 84 mpbid ⊢ φ ∧ w ∈ A → 0 < w ∨ 0 = w
86 85 ord ⊢ φ ∧ w ∈ A → ¬ 0 < w → 0 = w
87 eqcom ⊢ 0 = w ↔ w = 0
88 86 87 imbitrdi ⊢ φ ∧ w ∈ A → ¬ 0 < w → w = 0
89 88 con1d ⊢ φ ∧ w ∈ A → ¬ w = 0 → 0 < w
90 89 imp ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → 0 < w
91 81 90 elrpd ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → w ∈ ℝ +
92 rpcnne0 ⊢ w ∈ ℝ + → w ∈ ℂ ∧ w ≠ 0
93 recrec ⊢ w ∈ ℂ ∧ w ≠ 0 → 1 1 w = w
94 92 93 syl ⊢ w ∈ ℝ + → 1 1 w = w
95 91 94 syl ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → 1 1 w = w
96 95 csbeq1d ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → ⦋ 1 1 w / x⦌ R = ⦋ w / x⦌ R
97 oveq2 ⊢ y = 1 w → 1 y = 1 1 w
98 97 csbeq1d ⊢ y = 1 w → ⦋ 1 y / x⦌ R = ⦋ 1 1 w / x⦌ R
99 98 eleq1d ⊢ y = 1 w → ⦋ 1 y / x⦌ R ∈ ℂ ↔ ⦋ 1 1 w / x⦌ R ∈ ℂ
100 69 36 eqeltrd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∩ ℝ + → ⦋ 1 y / x⦌ R ∈ ℂ
101 100 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ B ∩ ℝ + ⦋ 1 y / x⦌ R ∈ ℂ
102 101 ad2antrr ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → ∀ y ∈ B ∩ ℝ + ⦋ 1 y / x⦌ R ∈ ℂ
103 simplr ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → w ∈ A
104 simpll ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → φ
105 eleq1 ⊢ y = 1 w → y ∈ B ↔ 1 w ∈ B
106 97 eleq1d ⊢ y = 1 w → 1 y ∈ A ↔ 1 1 w ∈ A
107 105 106 bibi12d ⊢ y = 1 w → y ∈ B ↔ 1 y ∈ A ↔ 1 w ∈ B ↔ 1 1 w ∈ A
108 6 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ ℝ + y ∈ B ↔ 1 y ∈ A
109 108 adantr ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → ∀ y ∈ ℝ + y ∈ B ↔ 1 y ∈ A
110 rpreccl ⊢ w ∈ ℝ + → 1 w ∈ ℝ +
111 110 adantl ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → 1 w ∈ ℝ +
112 107 109 111 rspcdva ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → 1 w ∈ B ↔ 1 1 w ∈ A
113 94 adantl ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → 1 1 w = w
114 113 eleq1d ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → 1 1 w ∈ A ↔ w ∈ A
115 112 114 bitr2d ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → w ∈ A ↔ 1 w ∈ B
116 104 91 115 syl2anc ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → w ∈ A ↔ 1 w ∈ B
117 103 116 mpbid ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → 1 w ∈ B
118 91 rpreccld ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → 1 w ∈ ℝ +
119 117 118 elind ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → 1 w ∈ B ∩ ℝ +
120 99 102 119 rspcdva ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → ⦋ 1 1 w / x⦌ R ∈ ℂ
121 96 120 eqeltrrd ⊢ φ ∧ w ∈ A ∧ ¬ w = 0 → ⦋ w / x⦌ R ∈ ℂ
122 73 121 ifclda ⊢ φ ∧ w ∈ A → if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R ∈ ℂ
123 111 biantrud ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → 1 w ∈ B ↔ 1 w ∈ B ∧ 1 w ∈ ℝ +
124 115 123 bitrd ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → w ∈ A ↔ 1 w ∈ B ∧ 1 w ∈ ℝ +
125 elin ⊢ 1 w ∈ B ∩ ℝ + ↔ 1 w ∈ B ∧ 1 w ∈ ℝ +
126 124 125 bitr4di ⊢ φ ∧ w ∈ ℝ + → w ∈ A ↔ 1 w ∈ B ∩ ℝ +
127 iftrue ⊢ w = 0 → if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R = C
128 eqeq1 ⊢ w = 1 y → w = 0 ↔ 1 y = 0
129 csbeq1 ⊢ w = 1 y → ⦋ w / x⦌ R = ⦋ 1 y / x⦌ R
130 128 129 ifbieq2d ⊢ w = 1 y → if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R = if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R
131 1 2 55 122 126 127 130 8 9 rlimcnp ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R ⇝ℝ C ↔ w ∈ A ⟼ if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R ∈ K CnP J ⁡ 0
132 nfcv ⊢ Ⅎ _ w if x = 0 C R
133 nfv ⊢ Ⅎ x w = 0
134 nfcv ⊢ Ⅎ _ x C
135 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ x ⦋ w / x⦌ R
136 133 134 135 nfif ⊢ Ⅎ _ x if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R
137 eqeq1 ⊢ x = w → x = 0 ↔ w = 0
138 csbeq1a ⊢ x = w → R = ⦋ w / x⦌ R
139 137 138 ifbieq2d ⊢ x = w → if x = 0 C R = if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R
140 132 136 139 cbvmpt ⊢ x ∈ A ⟼ if x = 0 C R = w ∈ A ⟼ if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R
141 140 eleq1i ⊢ x ∈ A ⟼ if x = 0 C R ∈ K CnP J ⁡ 0 ↔ w ∈ A ⟼ if w = 0 C ⦋ w / x⦌ R ∈ K CnP J ⁡ 0
142 131 141 bitr4di ⊢ φ → y ∈ B ∩ ℝ + ⟼ if 1 y = 0 C ⦋ 1 y / x⦌ R ⇝ℝ C ↔ x ∈ A ⟼ if x = 0 C R ∈ K CnP J ⁡ 0
143 53 72 142 3bitr2d ⊢ φ → y ∈ B ⟼ S ⇝ℝ C ↔ x ∈ A ⟼ if x = 0 C R ∈ K CnP J ⁡ 0