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Theorem climcn1

Description: Image of a limit under a continuous map. (Contributed by Mario Carneiro, 31-Jan-2014)

Ref Expression
Hypotheses climcn1.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
climcn1.2 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
climcn1.3 ( 𝜑𝐴𝐵 )
climcn1.4 ( ( 𝜑𝑧𝐵 ) → ( 𝐹𝑧 ) ∈ ℂ )
climcn1.5 ( 𝜑𝐺𝐴 )
climcn1.6 ( 𝜑𝐻𝑊 )
climcn1.7 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
climcn1.8 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐺𝑘 ) ∈ 𝐵 )
climcn1.9 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) )
Assertion climcn1 ( 𝜑𝐻 ⇝ ( 𝐹𝐴 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climcn1.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
2 climcn1.2 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
3 climcn1.3 ( 𝜑𝐴𝐵 )
4 climcn1.4 ( ( 𝜑𝑧𝐵 ) → ( 𝐹𝑧 ) ∈ ℂ )
5 climcn1.5 ( 𝜑𝐺𝐴 )
6 climcn1.6 ( 𝜑𝐻𝑊 )
7 climcn1.7 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
8 climcn1.8 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐺𝑘 ) ∈ 𝐵 )
9 climcn1.9 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) )
10 2 adantr ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝑀 ∈ ℤ )
11 simpr ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝑦 ∈ ℝ+ )
12 eqidd ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( 𝐺𝑘 ) = ( 𝐺𝑘 ) )
13 5 adantr ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝐺𝐴 )
14 1 10 11 12 13 climi2 ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 )
15 1 uztrn2 ( ( 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → 𝑘𝑍 )
16 8 adantlr ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( 𝐺𝑘 ) ∈ 𝐵 )
17 fvoveq1 ( 𝑧 = ( 𝐺𝑘 ) → ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) )
18 17 breq1d ( 𝑧 = ( 𝐺𝑘 ) → ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 ) )
19 18 imbrov2fvoveq ( 𝑧 = ( 𝐺𝑘 ) → ( ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
20 19 rspcva ( ( ( 𝐺𝑘 ) ∈ 𝐵 ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
21 16 20 sylan ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
22 21 an32s ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
23 15 22 sylan2 ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) ∧ ( 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
24 23 anassrs ( ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) ∧ 𝑗𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
25 24 ralimdva ( ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) ∧ 𝑗𝑍 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
26 25 reximdva ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) → ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
27 26 ex ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) → ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑦 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
28 14 27 mpid ( ( 𝜑𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∀ 𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
29 28 rexlimdva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
30 29 adantr ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ( ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝐵 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐴 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
31 7 30 mpd ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 )
32 31 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 )
33 fveq2 ( 𝑧 = 𝐴 → ( 𝐹𝑧 ) = ( 𝐹𝐴 ) )
34 33 eleq1d ( 𝑧 = 𝐴 → ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ℂ ) )
35 4 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑧𝐵 ( 𝐹𝑧 ) ∈ ℂ )
36 34 35 3 rspcdva ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ) ∈ ℂ )
37 fveq2 ( 𝑧 = ( 𝐺𝑘 ) → ( 𝐹𝑧 ) = ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) )
38 37 eleq1d ( 𝑧 = ( 𝐺𝑘 ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) ∈ ℂ ) )
39 35 adantr ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ∀ 𝑧𝐵 ( 𝐹𝑧 ) ∈ ℂ )
40 38 39 8 rspcdva ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) ∈ ℂ )
41 1 2 6 9 36 40 clim2c ( 𝜑 → ( 𝐻 ⇝ ( 𝐹𝐴 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑘 ) ) − ( 𝐹𝐴 ) ) ) < 𝑥 ) )
42 32 41 mpbird ( 𝜑𝐻 ⇝ ( 𝐹𝐴 ) )