Metamath Proof Explorer


Theorem rlimdiv

Description: Limit of the quotient of two converging functions. Proposition 12-2.1(a) of Gleason p. 168. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses rlimadd.3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ต โˆˆ ๐‘‰ )
rlimadd.4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ๐‘‰ )
rlimadd.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ต ) โ‡๐‘Ÿ ๐ท )
rlimadd.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) โ‡๐‘Ÿ ๐ธ )
rlimdiv.7 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โ‰  0 )
rlimdiv.8 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โ‰  0 )
Assertion rlimdiv ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐ต / ๐ถ ) ) โ‡๐‘Ÿ ( ๐ท / ๐ธ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimadd.3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ต โˆˆ ๐‘‰ )
2 rlimadd.4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ๐‘‰ )
3 rlimadd.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ต ) โ‡๐‘Ÿ ๐ท )
4 rlimadd.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) โ‡๐‘Ÿ ๐ธ )
5 rlimdiv.7 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โ‰  0 )
6 rlimdiv.8 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โ‰  0 )
7 1 3 rlimmptrcl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
8 2 4 rlimmptrcl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
9 8 6 reccld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( 1 / ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ )
10 eldifsn โŠข ( ๐ถ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ๐ถ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โ‰  0 ) )
11 8 6 10 sylanbrc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
12 11 fmpttd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) : ๐ด โŸถ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
13 rlimcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) โ‡๐‘Ÿ ๐ธ โ†’ ๐ธ โˆˆ โ„‚ )
14 4 13 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ โ„‚ )
15 eldifsn โŠข ( ๐ธ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ๐ธ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ธ โ‰  0 ) )
16 14 5 15 sylanbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
17 eldifsn โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) )
18 reccl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โ†’ ( 1 / ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
19 17 18 sylbi โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†’ ( 1 / ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
20 19 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( 1 / ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
21 20 fmpttd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) : ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โŸถ โ„‚ )
22 eqid โŠข ( if ( 1 โ‰ค ( ( abs โ€˜ ๐ธ ) ยท ๐‘ง ) , 1 , ( ( abs โ€˜ ๐ธ ) ยท ๐‘ง ) ) ยท ( ( abs โ€˜ ๐ธ ) / 2 ) ) = ( if ( 1 โ‰ค ( ( abs โ€˜ ๐ธ ) ยท ๐‘ง ) , 1 , ( ( abs โ€˜ ๐ธ ) ยท ๐‘ง ) ) ยท ( ( abs โ€˜ ๐ธ ) / 2 ) )
23 22 reccn2 โŠข ( ( ๐ธ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„+ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) )
24 16 23 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„+ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) )
25 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฃ โ†’ ( 1 / ๐‘ฆ ) = ( 1 / ๐‘ฃ ) )
26 eqid โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) )
27 ovex โŠข ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆˆ V
28 25 26 27 fvmpt โŠข ( ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ( 1 / ๐‘ฃ ) )
29 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ธ โ†’ ( 1 / ๐‘ฆ ) = ( 1 / ๐ธ ) )
30 ovex โŠข ( 1 / ๐ธ ) โˆˆ V
31 29 26 30 fvmpt โŠข ( ๐ธ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) = ( 1 / ๐ธ ) )
32 16 31 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) = ( 1 / ๐ธ ) )
33 28 32 oveqan12rd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) = ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) )
34 33 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) )
35 34 breq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง โ†” ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) )
36 35 imbi2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) โ†” ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) ) )
37 36 ralbidva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) โ†” โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) ) )
38 37 rexbidv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) โ†” โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) ) )
39 38 biimpar โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( 1 / ๐‘ฃ ) โˆ’ ( 1 / ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) )
40 24 39 syldan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„+ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ค โˆˆ โ„+ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆ’ ๐ธ ) ) < ๐‘ค โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) ) ) < ๐‘ง ) )
41 12 16 4 21 40 rlimcn1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โˆ˜ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) ) โ‡๐‘Ÿ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โ€˜ ๐ธ ) )
42 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) )
43 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) )
44 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ถ โ†’ ( 1 / ๐‘ฆ ) = ( 1 / ๐ถ ) )
45 11 42 43 44 fmptco โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฆ ) ) โˆ˜ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ถ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( 1 / ๐ถ ) ) )
46 41 45 32 3brtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( 1 / ๐ถ ) ) โ‡๐‘Ÿ ( 1 / ๐ธ ) )
47 7 9 3 46 rlimmul โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐ต ยท ( 1 / ๐ถ ) ) ) โ‡๐‘Ÿ ( ๐ท ยท ( 1 / ๐ธ ) ) )
48 7 8 6 divrecd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ต / ๐ถ ) = ( ๐ต ยท ( 1 / ๐ถ ) ) )
49 48 mpteq2dva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐ต / ๐ถ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐ต ยท ( 1 / ๐ถ ) ) ) )
50 rlimcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ๐ต ) โ‡๐‘Ÿ ๐ท โ†’ ๐ท โˆˆ โ„‚ )
51 3 50 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ โ„‚ )
52 51 14 5 divrecd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ท / ๐ธ ) = ( ๐ท ยท ( 1 / ๐ธ ) ) )
53 47 49 52 3brtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐ต / ๐ถ ) ) โ‡๐‘Ÿ ( ๐ท / ๐ธ ) )