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Theorem fnlimfvre

Description: The limit function of real functions, applied to elements in its domain, evaluates to Real values. (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses fnlimfvre.p ⊢ Ⅎ m φ
fnlimfvre.m ⊢ Ⅎ _ m F
fnlimfvre.n ⊢ Ⅎ _ x F
fnlimfvre.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
fnlimfvre.f ⊢ φ ∧ m ∈ Z → F ⁡ m : dom ⁡ F ⁡ m ⟶ ℝ
fnlimfvre.d ⊢ D = x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
fnlimfvre.x ⊢ φ → X ∈ D
Assertion fnlimfvre ⊢ φ → ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fnlimfvre.p ⊢ Ⅎ m φ
2 fnlimfvre.m ⊢ Ⅎ _ m F
3 fnlimfvre.n ⊢ Ⅎ _ x F
4 fnlimfvre.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
5 fnlimfvre.f ⊢ φ ∧ m ∈ Z → F ⁡ m : dom ⁡ F ⁡ m ⟶ ℝ
6 fnlimfvre.d ⊢ D = x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
7 fnlimfvre.x ⊢ φ → X ∈ D
8 nfcv ⊢ Ⅎ _ x Z
9 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ℤ ≥ n
10 nfcv ⊢ Ⅎ _ x m
11 3 10 nffv ⊢ Ⅎ _ x F ⁡ m
12 11 nfdm ⊢ Ⅎ _ x dom ⁡ F ⁡ m
13 9 12 nfiin ⊢ Ⅎ _ x ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
14 8 13 nfiun ⊢ Ⅎ _ x ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
15 14 ssrab2f ⊢ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ ⊆ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
16 6 15 eqsstri ⊢ D ⊆ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
17 16 sseli ⊢ X ∈ D → X ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
18 eliun ⊢ X ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ↔ ∃ n ∈ Z X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
19 17 18 sylib ⊢ X ∈ D → ∃ n ∈ Z X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
20 7 19 syl ⊢ φ → ∃ n ∈ Z X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
21 nfv ⊢ Ⅎ n φ
22 nfv ⊢ Ⅎ n ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ
23 nfv ⊢ Ⅎ m n ∈ Z
24 nfcv ⊢ Ⅎ _ m X
25 nfii1 ⊢ Ⅎ _ m ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
26 24 25 nfel ⊢ Ⅎ m X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
27 1 23 26 nf3an ⊢ Ⅎ m φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
28 uzssz ⊢ ℤ ≥ M ⊆ ℤ
29 4 eleq2i ⊢ n ∈ Z ↔ n ∈ ℤ ≥ M
30 29 biimpi ⊢ n ∈ Z → n ∈ ℤ ≥ M
31 28 30 sselid ⊢ n ∈ Z → n ∈ ℤ
32 31 3ad2ant2 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → n ∈ ℤ
33 eqid ⊢ ℤ ≥ n = ℤ ≥ n
34 4 fvexi ⊢ Z ∈ V
35 34 a1i ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → Z ∈ V
36 4 uztrn2 ⊢ n ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ n → j ∈ Z
37 36 ssd ⊢ n ∈ Z → ℤ ≥ n ⊆ Z
38 37 3ad2ant2 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ℤ ≥ n ⊆ Z
39 fvexd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ m ∈ Z → F ⁡ m ⁡ X ∈ V
40 fvexd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ℤ ≥ n ∈ V
41 ssidd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ℤ ≥ n ⊆ ℤ ≥ n
42 fvexd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ m ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ m ⁡ X ∈ V
43 eqidd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ m ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ m ⁡ X = F ⁡ m ⁡ X
44 27 32 33 35 38 39 40 41 42 43 climfveqmpt ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X = ⇝ ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X
45 6 eleq2i ⊢ X ∈ D ↔ X ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
46 45 biimpi ⊢ X ∈ D → X ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
47 nfcv ⊢ Ⅎ _ x X
48 11 47 nffv ⊢ Ⅎ _ x F ⁡ m ⁡ X
49 8 48 nfmpt ⊢ Ⅎ _ x m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X
50 nfcv ⊢ Ⅎ _ x dom ⁡ ⇝
51 49 50 nfel ⊢ Ⅎ x m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
52 fveq2 ⊢ x = X → F ⁡ m ⁡ x = F ⁡ m ⁡ X
53 52 mpteq2dv ⊢ x = X → m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X
54 53 eleq1d ⊢ x = X → m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ ↔ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
55 47 14 51 54 elrabf ⊢ X ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ ↔ X ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
56 55 biimpi ⊢ X ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ → X ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
57 56 simprd ⊢ X ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ → m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
58 46 57 syl ⊢ X ∈ D → m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
59 58 adantr ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
60 nfmpt1 ⊢ Ⅎ _ m m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
61 nfcv ⊢ Ⅎ _ m dom ⁡ ⇝
62 60 61 nfel ⊢ Ⅎ m m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
63 nfv ⊢ Ⅎ m j ∈ Z
64 63 nfci ⊢ Ⅎ _ m Z
65 64 25 nfiun ⊢ Ⅎ _ m ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
66 62 65 nfrabw ⊢ Ⅎ _ m x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
67 6 66 nfcxfr ⊢ Ⅎ _ m D
68 24 67 nfel ⊢ Ⅎ m X ∈ D
69 68 23 nfan ⊢ Ⅎ m X ∈ D ∧ n ∈ Z
70 31 adantl ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → n ∈ ℤ
71 34 a1i ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → Z ∈ V
72 37 adantl ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → ℤ ≥ n ⊆ Z
73 fvexd ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ m ∈ Z → F ⁡ m ⁡ X ∈ V
74 fvexd ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → ℤ ≥ n ∈ V
75 ssidd ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → ℤ ≥ n ⊆ ℤ ≥ n
76 fvexd ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ m ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ m ⁡ X ∈ V
77 eqidd ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ m ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ m ⁡ X = F ⁡ m ⁡ X
78 69 70 33 71 72 73 74 75 76 77 climeldmeqmpt ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝ ↔ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
79 59 78 mpbid ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝
80 climdm ⊢ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ dom ⁡ ⇝ ↔ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⇝ ⇝ ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X
81 79 80 sylib ⊢ X ∈ D ∧ n ∈ Z → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⇝ ⇝ ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X
82 7 81 sylan ⊢ φ ∧ n ∈ Z → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⇝ ⇝ ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X
83 82 3adant3 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⇝ ⇝ ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X
84 simpl1 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → φ
85 simpl2 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → n ∈ Z
86 nfcv ⊢ Ⅎ _ j dom ⁡ F ⁡ m
87 nfcv ⊢ Ⅎ _ m j
88 2 87 nffv ⊢ Ⅎ _ m F ⁡ j
89 88 nfdm ⊢ Ⅎ _ m dom ⁡ F ⁡ j
90 fveq2 ⊢ m = j → F ⁡ m = F ⁡ j
91 90 dmeqd ⊢ m = j → dom ⁡ F ⁡ m = dom ⁡ F ⁡ j
92 86 89 91 cbviin ⊢ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m = ⋂ j ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ j
93 92 eleq2i ⊢ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ↔ X ∈ ⋂ j ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ j
94 93 biimpi ⊢ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → X ∈ ⋂ j ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ j
95 94 adantr ⊢ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → X ∈ ⋂ j ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ j
96 simpr ⊢ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → j ∈ ℤ ≥ n
97 eliinid ⊢ X ∈ ⋂ j ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ j ∧ j ∈ ℤ ≥ n → X ∈ dom ⁡ F ⁡ j
98 95 96 97 syl2anc ⊢ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → X ∈ dom ⁡ F ⁡ j
99 98 3ad2antl3 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → X ∈ dom ⁡ F ⁡ j
100 simpr ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → j ∈ ℤ ≥ n
101 id ⊢ j ∈ ℤ ≥ n → j ∈ ℤ ≥ n
102 fvexd ⊢ j ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ j ⁡ X ∈ V
103 88 24 nffv ⊢ Ⅎ _ m F ⁡ j ⁡ X
104 90 fveq1d ⊢ m = j → F ⁡ m ⁡ X = F ⁡ j ⁡ X
105 eqid ⊢ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X = m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X
106 87 103 104 105 fvmptf ⊢ j ∈ ℤ ≥ n ∧ F ⁡ j ⁡ X ∈ V → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⁡ j = F ⁡ j ⁡ X
107 101 102 106 syl2anc ⊢ j ∈ ℤ ≥ n → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⁡ j = F ⁡ j ⁡ X
108 107 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ dom ⁡ F ⁡ j ∧ j ∈ ℤ ≥ n → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⁡ j = F ⁡ j ⁡ X
109 simpll ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ n → φ
110 36 adantll ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ n → j ∈ Z
111 1 63 nfan ⊢ Ⅎ m φ ∧ j ∈ Z
112 nfcv ⊢ Ⅎ _ m ℝ
113 88 89 112 nff ⊢ Ⅎ m F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
114 111 113 nfim ⊢ Ⅎ m φ ∧ j ∈ Z → F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
115 eleq1w ⊢ m = j → m ∈ Z ↔ j ∈ Z
116 115 anbi2d ⊢ m = j → φ ∧ m ∈ Z ↔ φ ∧ j ∈ Z
117 90 91 feq12d ⊢ m = j → F ⁡ m : dom ⁡ F ⁡ m ⟶ ℝ ↔ F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
118 116 117 imbi12d ⊢ m = j → φ ∧ m ∈ Z → F ⁡ m : dom ⁡ F ⁡ m ⟶ ℝ ↔ φ ∧ j ∈ Z → F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
119 114 118 5 chvarfv ⊢ φ ∧ j ∈ Z → F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
120 109 110 119 syl2anc ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ j ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
121 120 3adantl3 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ dom ⁡ F ⁡ j ∧ j ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ j : dom ⁡ F ⁡ j ⟶ ℝ
122 simpl3 ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ dom ⁡ F ⁡ j ∧ j ∈ ℤ ≥ n → X ∈ dom ⁡ F ⁡ j
123 121 122 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ dom ⁡ F ⁡ j ∧ j ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ j ⁡ X ∈ ℝ
124 108 123 eqeltrd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ dom ⁡ F ⁡ j ∧ j ∈ ℤ ≥ n → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⁡ j ∈ ℝ
125 84 85 99 100 124 syl31anc ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ j ∈ ℤ ≥ n → m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ⁡ j ∈ ℝ
126 33 32 83 125 climrecl ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ⇝ ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ
127 44 126 eqeltrd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ
128 127 3exp ⊢ φ → n ∈ Z → X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ
129 21 22 128 rexlimd ⊢ φ → ∃ n ∈ Z X ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ
130 20 129 mpd ⊢ φ → ⇝ ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ X ∈ ℝ