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Theorem climf

Description: Express the predicate: The limit of complex number sequence F is A , or F converges to A . Similar to clim , but without the disjoint var constraint F k . (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses climf.nf 𝑘 𝐹
climf.f ( 𝜑𝐹𝑉 )
climf.fv ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐵 )
Assertion climf ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climf.nf 𝑘 𝐹
2 climf.f ( 𝜑𝐹𝑉 )
3 climf.fv ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐵 )
4 climrel Rel ⇝
5 4 brrelex2i ( 𝐹𝐴𝐴 ∈ V )
6 5 a1i ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴𝐴 ∈ V ) )
7 elex ( 𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 ∈ V )
8 7 adantr ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) → 𝐴 ∈ V )
9 8 a1i ( 𝜑 → ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) → 𝐴 ∈ V ) )
10 simpr ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → 𝑦 = 𝐴 )
11 10 eleq1d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( 𝑦 ∈ ℂ ↔ 𝐴 ∈ ℂ ) )
12 nfv 𝑥 ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 )
13 1 nfeq2 𝑘 𝑓 = 𝐹
14 nfv 𝑘 𝑦 = 𝐴
15 13 14 nfan 𝑘 ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 )
16 fveq1 ( 𝑓 = 𝐹 → ( 𝑓𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) )
17 16 adantr ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( 𝑓𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) )
18 17 eleq1d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) )
19 oveq12 ( ( ( 𝑓𝑘 ) = ( 𝐹𝑘 ) ∧ 𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) )
20 16 19 sylan ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) )
21 20 fveq2d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) )
22 21 breq1d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) )
23 18 22 anbi12d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
24 15 23 ralbid ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
25 24 rexbidv ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
26 12 25 ralbid ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
27 11 26 anbi12d ( ( 𝑓 = 𝐹𝑦 = 𝐴 ) → ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ) ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
28 df-clim ⇝ = { ⟨ 𝑓 , 𝑦 ⟩ ∣ ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝑓𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝑓𝑘 ) − 𝑦 ) ) < 𝑥 ) ) }
29 27 28 brabga ( ( 𝐹𝑉𝐴 ∈ V ) → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
30 29 ex ( 𝐹𝑉 → ( 𝐴 ∈ V → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) ) )
31 2 30 syl ( 𝜑 → ( 𝐴 ∈ V → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) ) )
32 6 9 31 pm5.21ndd ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
33 eluzelz ( 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) → 𝑘 ∈ ℤ )
34 3 eleq1d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ↔ 𝐵 ∈ ℂ ) )
35 3 fvoveq1d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) = ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) )
36 35 breq1d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ↔ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) )
37 34 36 anbi12d ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℤ ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
38 33 37 sylan2 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
39 38 ralbidva ( 𝜑 → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
40 39 rexbidv ( 𝜑 → ( ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∃ 𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
41 40 ralbidv ( 𝜑 → ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) )
42 41 anbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − 𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )
43 32 42 bitrd ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ↔ ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℤ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( 𝐵𝐴 ) ) < 𝑥 ) ) ) )