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Theorem climuzlem

Description: Express the predicate: The limit of complex number sequence F is A , or F converges to A . (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022)

Ref Expression
Hypotheses climuzlem.1 ⊢ φ → M ∈ ℤ
climuzlem.2 ⊢ Z = ℤ ≥ M
climuzlem.3 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℂ
Assertion climuzlem ⊢ φ → F ⇝ A ↔ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climuzlem.1 ⊢ φ → M ∈ ℤ
2 climuzlem.2 ⊢ Z = ℤ ≥ M
3 climuzlem.3 ⊢ φ → F : Z ⟶ ℂ
4 climcl ⊢ F ⇝ A → A ∈ ℂ
5 4 adantl ⊢ φ ∧ F ⇝ A → A ∈ ℂ
6 id ⊢ F ⇝ A → F ⇝ A
7 climrel ⊢ Rel ⁡ ⇝
8 7 brrelex1i ⊢ F ⇝ A → F ∈ V
9 eqidd ⊢ F ⇝ A ∧ k ∈ ℤ → F ⁡ k = F ⁡ k
10 8 9 clim ⊢ F ⇝ A → F ⇝ A ↔ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
11 6 10 mpbid ⊢ F ⇝ A → A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
12 11 simprd ⊢ F ⇝ A → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
13 12 adantl ⊢ φ ∧ F ⇝ A → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
14 simpr ⊢ φ ∧ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
15 2 rexuz3 ⊢ M ∈ ℤ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x ↔ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
16 1 15 syl ⊢ φ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x ↔ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
17 16 adantr ⊢ φ ∧ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x ↔ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
18 14 17 mpbird ⊢ φ ∧ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
19 simpr ⊢ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → F ⁡ k − A < x
20 19 ralimi ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
21 20 reximi ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
22 21 a1i ⊢ φ ∧ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
23 18 22 mpd ⊢ φ ∧ ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
24 23 ex ⊢ φ → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
25 24 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
26 25 ralimdva ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
27 26 adantr ⊢ φ ∧ F ⇝ A → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
28 13 27 mpd ⊢ φ ∧ F ⇝ A → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
29 5 28 jca ⊢ φ ∧ F ⇝ A → A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x
30 simprl ⊢ φ ∧ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → A ∈ ℂ
31 nfv ⊢ Ⅎ j φ
32 nfre1 ⊢ Ⅎ j ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
33 2 uzssz2 ⊢ Z ⊆ ℤ
34 33 sseli ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ
35 34 3ad2ant2 ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → j ∈ ℤ
36 simpll ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → φ
37 2 uztrn2 ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → k ∈ Z
38 37 adantll ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → k ∈ Z
39 3 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ Z → F ⁡ k ∈ ℂ
40 36 38 39 syl2anc ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k ∈ ℂ
41 40 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ F ⁡ k − A < x → F ⁡ k ∈ ℂ
42 simpr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ F ⁡ k − A < x → F ⁡ k − A < x
43 41 42 jca ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j ∧ F ⁡ k − A < x → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
44 43 ex ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k − A < x → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
45 44 ralimdva ⊢ φ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
46 45 3impia ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
47 rspe ⊢ j ∈ ℤ ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
48 35 46 47 syl2anc ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
49 48 3exp ⊢ φ → j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
50 31 32 49 rexlimd ⊢ φ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
51 50 ralimdv ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
52 51 imp ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
53 52 adantrl ⊢ φ ∧ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
54 30 53 jca ⊢ φ ∧ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
55 2 fvexi ⊢ Z ∈ V
56 55 a1i ⊢ φ → Z ∈ V
57 3 56 fexd ⊢ φ → F ∈ V
58 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ → F ⁡ k = F ⁡ k
59 57 58 clim ⊢ φ → F ⇝ A ↔ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
60 59 adantr ⊢ φ ∧ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → F ⇝ A ↔ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ ℤ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − A < x
61 54 60 mpbird ⊢ φ ∧ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x → F ⇝ A
62 29 61 impbida ⊢ φ → F ⇝ A ↔ A ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − A < x