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Theorem lmcvg

Description: Convergence property of a converging sequence. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Nov-2013)

Ref Expression
Hypotheses lmcvg.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
lmcvg.3 ( 𝜑𝑃𝑈 )
lmcvg.4 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
lmcvg.5 ( 𝜑𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 )
lmcvg.6 ( 𝜑𝑈𝐽 )
Assertion lmcvg ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑈 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmcvg.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
2 lmcvg.3 ( 𝜑𝑃𝑈 )
3 lmcvg.4 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
4 lmcvg.5 ( 𝜑𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 )
5 lmcvg.6 ( 𝜑𝑈𝐽 )
6 eleq2 ( 𝑢 = 𝑈 → ( 𝑃𝑢𝑃𝑈 ) )
7 eleq2 ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ↔ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑈 ) )
8 7 rexralbidv ( 𝑢 = 𝑈 → ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ↔ ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑈 ) )
9 6 8 imbi12d ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ↔ ( 𝑃𝑈 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑈 ) ) )
10 lmrcl ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃𝐽 ∈ Top )
11 4 10 syl ( 𝜑𝐽 ∈ Top )
12 toptopon2 ( 𝐽 ∈ Top ↔ 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) )
13 11 12 sylib ( 𝜑𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) )
14 13 1 3 lmbr2 ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝐽pm ℂ ) ∧ 𝑃 𝐽 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )
15 4 14 mpbid ( 𝜑 → ( 𝐹 ∈ ( 𝐽pm ℂ ) ∧ 𝑃 𝐽 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) )
16 15 simp3d ( 𝜑 → ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
17 simpr ( ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 )
18 17 ralimi ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 )
19 18 reximi ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 )
20 19 imim2i ( ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) → ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) )
21 20 ralimi ( ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) → ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) )
22 16 21 syl ( 𝜑 → ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) )
23 9 22 5 rspcdva ( 𝜑 → ( 𝑃𝑈 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑈 ) )
24 2 23 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑈 )