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Theorem climf2

Description: Express the predicate: The limit of complex number sequence F is A , or F converges to A . Similar to clim , but without the disjoint var constraint ph k and F k . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses climf2.1 𝑘 𝜑
climf2.nf 𝑘 𝐹
climf2.f ( 𝜑𝐹𝑉 )
climf2.fv ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐵 )
Assertion climf2 ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climf2.1 𝑘 𝜑
2 climf2.nf 𝑘 𝐹
3 climf2.f ( 𝜑𝐹𝑉 )
4 climf2.fv ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐵 )
5 climrel Rel ⇝
6 5 brrelex2i ( 𝐹𝐴𝐴 ∈ V )
7 6 a1i ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴𝐴 ∈ V ) )
8 elex ( 𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 ∈ V )
9 8 adantr ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) → 𝐴 ∈ V )
10 9 a1i ( 𝜑 → ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) → 𝐴 ∈ V ) )
11 simpr ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → 𝑦 = 𝐴 )
12 11 eleq1d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( 𝑦 ∈ ℂ ↔ 𝐴 ∈ ℂ ) )
13 nfv 𝑥 ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 )
14 2 nfeq2 𝑘 𝑓 = 𝐹
15 nfv 𝑘 𝑦 = 𝐴
16 14 15 nfan 𝑘 ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 )
17 fveq1 ( 𝑓 = 𝐹 → ( 𝑓𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) )
18 17 adantr ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( 𝑓𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) )
19 18 eleq1d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) )
20 oveq12 ( ( ( 𝑓𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) ∧ 𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) )
21 17 20 sylan ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) )
22 21 fveq2d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) )
23 22 breq1d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) )
24 19 23 anbi12d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
25 16 24 ralbid ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
26 25 rexbidv ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
27 13 26 ralbid ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
28 12 27 anbi12d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ) ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
29 df-clim ⇝ = { ⟨ 𝑓 , 𝑦 ⟩ ∣ ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ) }
30 28 29 brabga ( ( 𝐹𝑉𝐴 ∈ V ) → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
31 30 ex ( 𝐹𝑉 → ( 𝐴 ∈ V → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) ) )
32 3 31 syl ( 𝜑 → ( 𝐴 ∈ V → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) ) )
33 7 10 32 pm5.21ndd ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
34 eluzelz ( 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) → 𝑘 ∈ ℤ )
35 4 eleq1d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ↔ 𝐵 ∈ ℂ ) )
36 4 fvoveq1d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) = ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) )
37 36 breq1d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ↔ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) )
38 35 37 anbi12d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
39 34 38 sylan2 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
40 1 39 ralbida ( 𝜑 → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
41 40 rexbidv ( 𝜑 → ( ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
42 41 ralbidv ( 𝜑 → ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
43 42 anbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
44 33 43 bitrd ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )