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Theorem rlimclim

Description: A sequence on an upper integer set converges in the real sense iff it converges in the integer sense. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses rlimclim.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
rlimclim.2 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
rlimclim.3 ( 𝜑𝐹 : 𝑍 ⟶ ℂ )
Assertion rlimclim ( 𝜑 → ( 𝐹𝑟 𝐴𝐹𝐴 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimclim.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
2 rlimclim.2 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
3 rlimclim.3 ( 𝜑𝐹 : 𝑍 ⟶ ℂ )
4 2 adantr ( ( 𝜑𝐹𝑟 𝐴 ) → 𝑀 ∈ ℤ )
5 simpr ( ( 𝜑𝐹𝑟 𝐴 ) → 𝐹𝑟 𝐴 )
6 fdm ( 𝐹 : 𝑍 ⟶ ℂ → dom 𝐹 = 𝑍 )
7 eqimss2 ( dom 𝐹 = 𝑍𝑍 ⊆ dom 𝐹 )
8 3 6 7 3syl ( 𝜑𝑍 ⊆ dom 𝐹 )
9 8 adantr ( ( 𝜑𝐹𝑟 𝐴 ) → 𝑍 ⊆ dom 𝐹 )
10 1 4 5 9 rlimclim1 ( ( 𝜑𝐹𝑟 𝐴 ) → 𝐹𝐴 )
11 climcl ( 𝐹𝐴𝐴 ∈ ℂ )
12 11 adantl ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) → 𝐴 ∈ ℂ )
13 2 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝑀 ∈ ℤ )
14 simpr ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝑦 ∈ ℝ+ )
15 eqidd ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) )
16 simplr ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝐹𝐴 )
17 1 13 14 15 16 climi2 ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑧𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 )
18 uzssz ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℤ
19 1 18 eqsstri 𝑍 ⊆ ℤ
20 zssre ℤ ⊆ ℝ
21 19 20 sstri 𝑍 ⊆ ℝ
22 fveq2 ( 𝑘 = 𝑤 → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑤 ) )
23 22 fvoveq1d ( 𝑘 = 𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) )
24 23 breq1d ( 𝑘 = 𝑤 → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) )
25 simplrr ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 )
26 simplrl ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → 𝑧𝑍 )
27 19 26 sseldi ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → 𝑧 ∈ ℤ )
28 simprl ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → 𝑤𝑍 )
29 19 28 sseldi ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → 𝑤 ∈ ℤ )
30 simprr ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → 𝑧𝑤 )
31 eluz2 ( 𝑤 ∈ ( ℤ𝑧 ) ↔ ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑤 ∈ ℤ ∧ 𝑧𝑤 ) )
32 27 29 30 31 syl3anbrc ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → 𝑤 ∈ ( ℤ𝑧 ) )
33 24 25 32 rspcdva ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ ( 𝑤𝑍𝑧𝑤 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 )
34 33 expr ( ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ∧ 𝑤𝑍 ) → ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) )
35 34 ralrimiva ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑧𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) → ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) )
36 35 expr ( ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑧𝑍 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) )
37 36 reximdva ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∃ 𝑧𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ∃ 𝑧𝑍𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) )
38 ssrexv ( 𝑍 ⊆ ℝ → ( ∃ 𝑧𝑍𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) → ∃ 𝑧 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) )
39 21 37 38 mpsylsyld ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∃ 𝑧𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑧 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ∃ 𝑧 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) )
40 17 39 mpd ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑧 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) )
41 40 ralrimiva ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) → ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) )
42 3 adantr ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) → 𝐹 : 𝑍 ⟶ ℂ )
43 21 a1i ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) → 𝑍 ⊆ ℝ )
44 eqidd ( ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) ∧ 𝑤𝑍 ) → ( 𝐹𝑤 ) = ( 𝐹𝑤 ) )
45 42 43 44 rlim ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) → ( 𝐹𝑟 𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝑍 ( 𝑧𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑤 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
46 12 41 45 mpbir2and ( ( 𝜑𝐹𝐴 ) → 𝐹𝑟 𝐴 )
47 10 46 impbida ( 𝜑 → ( 𝐹𝑟 𝐴𝐹𝐴 ) )