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Theorem lmmbrf

Description: Express the binary relation "sequence F converges to point P " in a metric space using an arbitrary upper set of integers. This version of lmmbr2 presupposes that F is a function. (Contributed by NM, 20-Jul-2007) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses lmmbr.2 ⊒ 𝐽 = ( MetOpen β€˜ 𝐷 )
lmmbr.3 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
lmmbr3.5 ⊒ 𝑍 = ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑀 )
lmmbr3.6 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑀 ∈ β„€ )
lmmbrf.7 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) = 𝐴 )
lmmbrf.8 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐹 : 𝑍 ⟢ 𝑋 )
Assertion lmmbrf ( πœ‘ β†’ ( 𝐹 ( ⇝𝑑 β€˜ 𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmmbr.2 ⊒ 𝐽 = ( MetOpen β€˜ 𝐷 )
2 lmmbr.3 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
3 lmmbr3.5 ⊒ 𝑍 = ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑀 )
4 lmmbr3.6 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑀 ∈ β„€ )
5 lmmbrf.7 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) = 𝐴 )
6 lmmbrf.8 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐹 : 𝑍 ⟢ 𝑋 )
7 elfvdm ⊒ ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) β†’ 𝑋 ∈ dom ∞Met )
8 cnex ⊒ β„‚ ∈ V
9 7 8 jctir ⊒ ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) β†’ ( 𝑋 ∈ dom ∞Met ∧ β„‚ ∈ V ) )
10 uzssz ⊒ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑀 ) βŠ† β„€
11 zsscn ⊒ β„€ βŠ† β„‚
12 10 11 sstri ⊒ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑀 ) βŠ† β„‚
13 3 12 eqsstri ⊒ 𝑍 βŠ† β„‚
14 13 jctr ⊒ ( 𝐹 : 𝑍 ⟢ 𝑋 β†’ ( 𝐹 : 𝑍 ⟢ 𝑋 ∧ 𝑍 βŠ† β„‚ ) )
15 elpm2r ⊒ ( ( ( 𝑋 ∈ dom ∞Met ∧ β„‚ ∈ V ) ∧ ( 𝐹 : 𝑍 ⟢ 𝑋 ∧ 𝑍 βŠ† β„‚ ) ) β†’ 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) )
16 9 14 15 syl2an ⊒ ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑍 ⟢ 𝑋 ) β†’ 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) )
17 2 6 16 syl2anc ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) )
18 17 biantrurd ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) ∧ ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ) ) )
19 3 uztrn2 ⊒ ( ( 𝑗 ∈ 𝑍 ∧ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ) β†’ π‘˜ ∈ 𝑍 )
20 19 adantll ⊒ ( ( ( πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍 ) ∧ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ) β†’ π‘˜ ∈ 𝑍 )
21 5 oveq1d ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) = ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) )
22 21 breq1d ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) )
23 22 adantrl ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝑗 ∈ 𝑍 ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) ) β†’ ( ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) )
24 6 fdmd ⊒ ( πœ‘ β†’ dom 𝐹 = 𝑍 )
25 24 eleq2d ⊒ ( πœ‘ β†’ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ↔ π‘˜ ∈ 𝑍 ) )
26 25 biimpar ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ π‘˜ ∈ dom 𝐹 )
27 6 ffvelcdmda ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 )
28 26 27 jca ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ) )
29 28 biantrurd ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ) ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
30 df-3an ⊒ ( ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ↔ ( ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ) ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) )
31 29 30 bitr4di ⊒ ( ( πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
32 31 adantrl ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝑗 ∈ 𝑍 ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) ) β†’ ( ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
33 23 32 bitr3d ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝑗 ∈ 𝑍 ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) ) β†’ ( ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
34 33 anassrs ⊒ ( ( ( πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍 ) ∧ π‘˜ ∈ 𝑍 ) β†’ ( ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
35 20 34 syldan ⊒ ( ( ( πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍 ) ∧ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ) β†’ ( ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
36 35 ralbidva ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍 ) β†’ ( βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
37 36 rexbidva ⊒ ( πœ‘ β†’ ( βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
38 37 ralbidv ⊒ ( πœ‘ β†’ ( βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ↔ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )
39 38 anbi2d ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ↔ ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ) )
40 1 2 3 4 lmmbr3 ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐹 ( ⇝𝑑 β€˜ 𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ) )
41 3anass ⊒ ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) ∧ ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ) )
42 40 41 bitrdi ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐹 ( ⇝𝑑 β€˜ 𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋 ↑pm β„‚ ) ∧ ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( π‘˜ ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹 β€˜ π‘˜ ) 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) ) ) )
43 18 39 42 3bitr4rd ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐹 ( ⇝𝑑 β€˜ 𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ βˆ€ π‘₯ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑗 ∈ 𝑍 βˆ€ π‘˜ ∈ ( β„€β‰₯ β€˜ 𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < π‘₯ ) ) )