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Theorem climrescn

Description: A sequence converging w.r.t. the standard topology on the complex numbers, eventually becomes a sequence of complex numbers. (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Feb-2022)

Ref Expression
Hypotheses climrescn.m ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
climrescn.z 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
climrescn.f ( 𝜑𝐹 Fn 𝑍 )
climrescn.c ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝ )
Assertion climrescn ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍 ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑗 ) ) : ( ℤ𝑗 ) ⟶ ℂ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climrescn.m ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
2 climrescn.z 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
3 climrescn.f ( 𝜑𝐹 Fn 𝑍 )
4 climrescn.c ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝ )
5 nfv 𝑘 ( 𝜑𝑖𝑍 )
6 nfra1 𝑘𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 )
7 5 6 nfan 𝑘 ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) )
8 2 uztrn2 ( ( 𝑖𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → 𝑘𝑍 )
9 8 adantll ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → 𝑘𝑍 )
10 3 fndmd ( 𝜑 → dom 𝐹 = 𝑍 )
11 10 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → dom 𝐹 = 𝑍 )
12 9 11 eleqtrrd ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → 𝑘 ∈ dom 𝐹 )
13 12 adantlr ( ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → 𝑘 ∈ dom 𝐹 )
14 rspa ( ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) )
15 14 adantll ( ( ( 𝑖𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) )
16 15 simpld ( ( ( 𝑖𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
17 16 adantlll ( ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
18 13 17 jca ( ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ) → ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) )
19 7 18 ralrimia ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) )
20 fnfun ( 𝐹 Fn 𝑍 → Fun 𝐹 )
21 ffvresb ( Fun 𝐹 → ( ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) ) )
22 3 20 21 3syl ( 𝜑 → ( ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) ) )
23 22 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) → ( ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) ) )
24 19 23 mpbird ( ( ( 𝜑𝑖𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) → ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ )
25 breq2 ( 𝑥 = 1 → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 𝑥 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) )
26 25 anbi2d ( 𝑥 = 1 → ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) )
27 26 rexralbidv ( 𝑥 = 1 → ( ∃ 𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ∃ 𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) )
28 climdm ( 𝐹 ∈ dom ⇝ ↔ 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘ 𝐹 ) )
29 4 28 sylib ( 𝜑𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘ 𝐹 ) )
30 eqidd ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) )
31 4 30 clim ( 𝜑 → ( 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ↔ ( ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) )
32 29 31 mpbid ( 𝜑 → ( ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
33 32 simprd ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 𝑥 ) )
34 1rp 1 ∈ ℝ+
35 34 a1i ( 𝜑 → 1 ∈ ℝ+ )
36 27 33 35 rspcdva ( 𝜑 → ∃ 𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) )
37 2 rexuz3 ( 𝑀 ∈ ℤ → ( ∃ 𝑖𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ↔ ∃ 𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) )
38 1 37 syl ( 𝜑 → ( ∃ 𝑖𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ↔ ∃ 𝑖 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) ) )
39 36 38 mpbird ( 𝜑 → ∃ 𝑖𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑖 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( ⇝ ‘ 𝐹 ) ) ) < 1 ) )
40 24 39 reximddv3 ( 𝜑 → ∃ 𝑖𝑍 ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ )
41 fveq2 ( 𝑗 = 𝑖 → ( ℤ𝑗 ) = ( ℤ𝑖 ) )
42 41 reseq2d ( 𝑗 = 𝑖 → ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑗 ) ) = ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) )
43 42 41 feq12d ( 𝑗 = 𝑖 → ( ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑗 ) ) : ( ℤ𝑗 ) ⟶ ℂ ↔ ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ ) )
44 43 cbvrexvw ( ∃ 𝑗𝑍 ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑗 ) ) : ( ℤ𝑗 ) ⟶ ℂ ↔ ∃ 𝑖𝑍 ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑖 ) ) : ( ℤ𝑖 ) ⟶ ℂ )
45 40 44 sylibr ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍 ( 𝐹 ↾ ( ℤ𝑗 ) ) : ( ℤ𝑗 ) ⟶ ℂ )