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Theorem rlimdiv

Description: Limit of the quotient of two converging functions. Proposition 12-2.1(a) of Gleason p. 168. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses rlimadd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ V
rlimadd.4 ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ∈ V
rlimadd.5 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ⇝ℝ D
rlimadd.6 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ⇝ℝ E
rlimdiv.7 ⊢ φ → E ≠ 0
rlimdiv.8 ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ≠ 0
Assertion rlimdiv ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B C ⇝ℝ D E

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimadd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ V
2 rlimadd.4 ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ∈ V
3 rlimadd.5 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ⇝ℝ D
4 rlimadd.6 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ⇝ℝ E
5 rlimdiv.7 ⊢ φ → E ≠ 0
6 rlimdiv.8 ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ≠ 0
7 1 3 rlimmptrcl ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ ℂ
8 2 4 rlimmptrcl ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ∈ ℂ
9 8 6 reccld ⊢ φ ∧ x ∈ A → 1 C ∈ ℂ
10 eldifsn ⊢ C ∈ ℂ ∖ 0 ↔ C ∈ ℂ ∧ C ≠ 0
11 8 6 10 sylanbrc ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ∈ ℂ ∖ 0
12 11 fmpttd ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C : A ⟶ ℂ ∖ 0
13 rlimcl ⊢ x ∈ A ⟼ C ⇝ℝ E → E ∈ ℂ
14 4 13 syl ⊢ φ → E ∈ ℂ
15 eldifsn ⊢ E ∈ ℂ ∖ 0 ↔ E ∈ ℂ ∧ E ≠ 0
16 14 5 15 sylanbrc ⊢ φ → E ∈ ℂ ∖ 0
17 eldifsn ⊢ y ∈ ℂ ∖ 0 ↔ y ∈ ℂ ∧ y ≠ 0
18 reccl ⊢ y ∈ ℂ ∧ y ≠ 0 → 1 y ∈ ℂ
19 17 18 sylbi ⊢ y ∈ ℂ ∖ 0 → 1 y ∈ ℂ
20 19 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ ∖ 0 → 1 y ∈ ℂ
21 20 fmpttd ⊢ φ → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y : ℂ ∖ 0 ⟶ ℂ
22 eqid ⊢ if 1 ≤ E ⁢ z 1 E ⁢ z ⁢ E 2 = if 1 ≤ E ⁢ z 1 E ⁢ z ⁢ E 2
23 22 reccn2 ⊢ E ∈ ℂ ∖ 0 ∧ z ∈ ℝ + → ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → 1 v − 1 E < z
24 16 23 sylan ⊢ φ ∧ z ∈ ℝ + → ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → 1 v − 1 E < z
25 oveq2 ⊢ y = v → 1 y = 1 v
26 eqid ⊢ y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y = y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y
27 ovex ⊢ 1 v ∈ V
28 25 26 27 fvmpt ⊢ v ∈ ℂ ∖ 0 → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v = 1 v
29 oveq2 ⊢ y = E → 1 y = 1 E
30 ovex ⊢ 1 E ∈ V
31 29 26 30 fvmpt ⊢ E ∈ ℂ ∖ 0 → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E = 1 E
32 16 31 syl ⊢ φ → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E = 1 E
33 28 32 oveqan12rd ⊢ φ ∧ v ∈ ℂ ∖ 0 → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E = 1 v − 1 E
34 33 fveq2d ⊢ φ ∧ v ∈ ℂ ∖ 0 → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E = 1 v − 1 E
35 34 breq1d ⊢ φ ∧ v ∈ ℂ ∖ 0 → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E < z ↔ 1 v − 1 E < z
36 35 imbi2d ⊢ φ ∧ v ∈ ℂ ∖ 0 → v − E < w → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E < z ↔ v − E < w → 1 v − 1 E < z
37 36 ralbidva ⊢ φ → ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E < z ↔ ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → 1 v − 1 E < z
38 37 rexbidv ⊢ φ → ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E < z ↔ ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → 1 v − 1 E < z
39 38 biimpar ⊢ φ ∧ ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → 1 v − 1 E < z → ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E < z
40 24 39 syldan ⊢ φ ∧ z ∈ ℝ + → ∃ w ∈ ℝ + ∀ v ∈ ℂ ∖ 0 v − E < w → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ v − y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E < z
41 12 16 4 21 40 rlimcn1 ⊢ φ → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ∘ x ∈ A ⟼ C ⇝ℝ y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ⁡ E
42 eqidd ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C = x ∈ A ⟼ C
43 eqidd ⊢ φ → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y = y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y
44 oveq2 ⊢ y = C → 1 y = 1 C
45 11 42 43 44 fmptco ⊢ φ → y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ 1 y ∘ x ∈ A ⟼ C = x ∈ A ⟼ 1 C
46 41 45 32 3brtr3d ⊢ φ → x ∈ A ⟼ 1 C ⇝ℝ 1 E
47 7 9 3 46 rlimmul ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ⁢ 1 C ⇝ℝ D ⁢ 1 E
48 7 8 6 divrecd ⊢ φ ∧ x ∈ A → B C = B ⁢ 1 C
49 48 mpteq2dva ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B C = x ∈ A ⟼ B ⁢ 1 C
50 rlimcl ⊢ x ∈ A ⟼ B ⇝ℝ D → D ∈ ℂ
51 3 50 syl ⊢ φ → D ∈ ℂ
52 51 14 5 divrecd ⊢ φ → D E = D ⁢ 1 E
53 47 49 52 3brtr4d ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B C ⇝ℝ D E