Metamath Proof Explorer


Theorem fourierdlem106

Description: For a piecewise smooth function, the left and the right limits exist at any point. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem106.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
fourierdlem106.t โŠข ๐‘‡ = ( 2 ยท ฯ€ )
fourierdlem106.per โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘‡ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
fourierdlem106.g โŠข ๐บ = ( ( โ„ D ๐น ) โ†พ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) )
fourierdlem106.dmdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โˆˆ Fin )
fourierdlem106.dvcn โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( dom ๐บ โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )
fourierdlem106.rlim โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ [,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( ๐‘ฅ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
fourierdlem106.llim โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ (,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘ฅ ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
fourierdlem106.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
Assertion fourierdlem106 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐น โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘‹ ) ) limโ„‚ ๐‘‹ ) โ‰  โˆ… โˆง ( ( ๐น โ†พ ( ๐‘‹ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘‹ ) โ‰  โˆ… ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem106.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
2 fourierdlem106.t โŠข ๐‘‡ = ( 2 ยท ฯ€ )
3 fourierdlem106.per โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘‡ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
4 fourierdlem106.g โŠข ๐บ = ( ( โ„ D ๐น ) โ†พ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) )
5 fourierdlem106.dmdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โˆˆ Fin )
6 fourierdlem106.dvcn โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( dom ๐บ โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )
7 fourierdlem106.rlim โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ [,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( ๐‘ฅ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
8 fourierdlem106.llim โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ (,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘ฅ ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
9 fourierdlem106.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
10 eqid โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ { ๐‘ค โˆˆ ( โ„ โ†‘m ( 0 ... ๐‘˜ ) ) โˆฃ ( ( ( ๐‘ค โ€˜ 0 ) = - ฯ€ โˆง ( ๐‘ค โ€˜ ๐‘˜ ) = ฯ€ ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ( 0 ..^ ๐‘˜ ) ( ๐‘ค โ€˜ ๐‘ง ) < ( ๐‘ค โ€˜ ( ๐‘ง + 1 ) ) ) } ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ { ๐‘ค โˆˆ ( โ„ โ†‘m ( 0 ... ๐‘˜ ) ) โˆฃ ( ( ( ๐‘ค โ€˜ 0 ) = - ฯ€ โˆง ( ๐‘ค โ€˜ ๐‘˜ ) = ฯ€ ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ( 0 ..^ ๐‘˜ ) ( ๐‘ค โ€˜ ๐‘ง ) < ( ๐‘ค โ€˜ ( ๐‘ง + 1 ) ) ) } )
11 id โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ๐‘ฆ = ๐‘ฅ )
12 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) = ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฅ ) )
13 12 oveq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) = ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฅ ) / ๐‘‡ ) )
14 13 fveq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) = ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฅ ) / ๐‘‡ ) ) )
15 14 oveq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) = ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฅ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) )
16 11 15 oveq12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) = ( ๐‘ฅ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฅ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) )
17 16 cbvmptv โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฅ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฅ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) )
18 eqid โŠข ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) = ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) )
19 eqid โŠข ( ( โ™ฏ โ€˜ ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โˆ’ 1 ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โˆ’ 1 )
20 isoeq1 โŠข ( ๐‘” = ๐‘“ โ†’ ( ๐‘” Isom < , < ( ( 0 ... ( ( โ™ฏ โ€˜ ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โˆ’ 1 ) ) , ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โ†” ๐‘“ Isom < , < ( ( 0 ... ( ( โ™ฏ โ€˜ ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โˆ’ 1 ) ) , ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) ) )
21 20 cbviotavw โŠข ( โ„ฉ ๐‘” ๐‘” Isom < , < ( ( 0 ... ( ( โ™ฏ โ€˜ ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โˆ’ 1 ) ) , ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) ) = ( โ„ฉ ๐‘“ ๐‘“ Isom < , < ( ( 0 ... ( ( โ™ฏ โ€˜ ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) โˆ’ 1 ) ) , ( { - ฯ€ , ฯ€ , ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘ฆ + ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ฯ€ โˆ’ ๐‘ฆ ) / ๐‘‡ ) ) ยท ๐‘‡ ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) } โˆช ( ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) ) )
22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 17 18 19 21 fourierdlem102 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐น โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘‹ ) ) limโ„‚ ๐‘‹ ) โ‰  โˆ… โˆง ( ( ๐น โ†พ ( ๐‘‹ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘‹ ) โ‰  โˆ… ) )