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Theorem fnlimabslt

Description: A sequence of function values, approximates the corresponding limit function value, all but finitely many times. (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses fnlimabslt.p 𝑚 𝜑
fnlimabslt.f 𝑚 𝐹
fnlimabslt.n 𝑥 𝐹
fnlimabslt.m ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
fnlimabslt.z 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
fnlimabslt.b ( ( 𝜑𝑚𝑍 ) → ( 𝐹𝑚 ) : dom ( 𝐹𝑚 ) ⟶ ℝ )
fnlimabslt.d 𝐷 = { 𝑥 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝ }
fnlimabslt.g 𝐺 = ( 𝑥𝐷 ↦ ( ⇝ ‘ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ) )
fnlimabslt.x ( 𝜑𝑋𝐷 )
fnlimabslt.y ( 𝜑𝑌 ∈ ℝ+ )
Assertion fnlimabslt ( 𝜑 → ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℝ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fnlimabslt.p 𝑚 𝜑
2 fnlimabslt.f 𝑚 𝐹
3 fnlimabslt.n 𝑥 𝐹
4 fnlimabslt.m ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
5 fnlimabslt.z 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
6 fnlimabslt.b ( ( 𝜑𝑚𝑍 ) → ( 𝐹𝑚 ) : dom ( 𝐹𝑚 ) ⟶ ℝ )
7 fnlimabslt.d 𝐷 = { 𝑥 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝ }
8 fnlimabslt.g 𝐺 = ( 𝑥𝐷 ↦ ( ⇝ ‘ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ) )
9 fnlimabslt.x ( 𝜑𝑋𝐷 )
10 fnlimabslt.y ( 𝜑𝑌 ∈ ℝ+ )
11 eqid 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) = 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
12 nfcv 𝑥 𝑍
13 nfcv 𝑥 ( ℤ𝑛 )
14 nfcv 𝑥 𝑚
15 3 14 nffv 𝑥 ( 𝐹𝑚 )
16 15 nfdm 𝑥 dom ( 𝐹𝑚 )
17 13 16 nfiin 𝑥 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
18 12 17 nfiun 𝑥 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
19 nfcv 𝑦 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
20 nfv 𝑦 ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝
21 nfcv 𝑥 𝑦
22 15 21 nffv 𝑥 ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 )
23 12 22 nfmpt 𝑥 ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) )
24 nfcv 𝑥 dom ⇝
25 23 24 nfel 𝑥 ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) ) ∈ dom ⇝
26 fveq2 ( 𝑥 = 𝑦 → ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) = ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) )
27 26 mpteq2dv ( 𝑥 = 𝑦 → ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) = ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) ) )
28 27 eleq1d ( 𝑥 = 𝑦 → ( ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝ ↔ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) ) ∈ dom ⇝ ) )
29 18 19 20 25 28 cbvrabw { 𝑥 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝ } = { 𝑦 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) ) ∈ dom ⇝ }
30 ssrab2 { 𝑦 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑦 ) ) ∈ dom ⇝ } ⊆ 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
31 29 30 eqsstri { 𝑥 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝ } ⊆ 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
32 7 31 eqsstri 𝐷 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
33 32 9 sseldi ( 𝜑𝑋 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) )
34 1 5 6 11 33 allbutfifvre ( 𝜑 → ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℝ )
35 nfv 𝑗 𝜑
36 nfcv 𝑗 ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) )
37 3 7 8 9 fnlimcnv ( 𝜑 → ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ) ⇝ ( 𝐺𝑋 ) )
38 nfcv 𝑙 ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 )
39 nfcv 𝑚 𝑙
40 2 39 nffv 𝑚 ( 𝐹𝑙 )
41 nfcv 𝑚 𝑋
42 40 41 nffv 𝑚 ( ( 𝐹𝑙 ) ‘ 𝑋 )
43 fveq2 ( 𝑚 = 𝑙 → ( 𝐹𝑚 ) = ( 𝐹𝑙 ) )
44 43 fveq1d ( 𝑚 = 𝑙 → ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) = ( ( 𝐹𝑙 ) ‘ 𝑋 ) )
45 38 42 44 cbvmpt ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ) = ( 𝑙𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑙 ) ‘ 𝑋 ) )
46 fveq2 ( 𝑙 = 𝑗 → ( 𝐹𝑙 ) = ( 𝐹𝑗 ) )
47 46 fveq1d ( 𝑙 = 𝑗 → ( ( 𝐹𝑙 ) ‘ 𝑋 ) = ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) )
48 simpr ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) → 𝑗𝑍 )
49 fvexd ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) → ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ V )
50 45 47 48 49 fvmptd3 ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) → ( ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ) ‘ 𝑗 ) = ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) )
51 35 36 5 4 37 50 10 climd ( 𝜑 → ∃ 𝑛𝑍𝑗 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
52 nfv 𝑗 ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 )
53 nfcv 𝑚 𝑗
54 2 53 nffv 𝑚 ( 𝐹𝑗 )
55 54 41 nffv 𝑚 ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 )
56 nfcv 𝑚
57 55 56 nfel 𝑚 ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ
58 nfcv 𝑚 abs
59 nfcv 𝑚
60 nfmpt1 𝑚 ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) )
61 nfcv 𝑚 dom ⇝
62 60 61 nfel 𝑚 ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝
63 nfcv 𝑚 𝑍
64 nfii1 𝑚 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
65 63 64 nfiun 𝑚 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 )
66 62 65 nfrabw 𝑚 { 𝑥 𝑛𝑍 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) dom ( 𝐹𝑚 ) ∣ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ∈ dom ⇝ }
67 7 66 nfcxfr 𝑚 𝐷
68 nfcv 𝑚
69 68 60 nffv 𝑚 ( ⇝ ‘ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) )
70 67 69 nfmpt 𝑚 ( 𝑥𝐷 ↦ ( ⇝ ‘ ( 𝑚𝑍 ↦ ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑥 ) ) ) )
71 8 70 nfcxfr 𝑚 𝐺
72 71 41 nffv 𝑚 ( 𝐺𝑋 )
73 55 59 72 nfov 𝑚 ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) )
74 58 73 nffv 𝑚 ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) )
75 nfcv 𝑚 <
76 nfcv 𝑚 𝑌
77 74 75 76 nfbr 𝑚 ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌
78 57 77 nfan 𝑚 ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 )
79 fveq2 ( 𝑚 = 𝑗 → ( 𝐹𝑚 ) = ( 𝐹𝑗 ) )
80 79 fveq1d ( 𝑚 = 𝑗 → ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) = ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) )
81 80 eleq1d ( 𝑚 = 𝑗 → ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ↔ ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ) )
82 80 fvoveq1d ( 𝑚 = 𝑗 → ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) = ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) )
83 82 breq1d ( 𝑚 = 𝑗 → ( ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ↔ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
84 81 83 anbi12d ( 𝑚 = 𝑗 → ( ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) ↔ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) ) )
85 52 78 84 cbvralw ( ∀ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) ↔ ∀ 𝑗 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
86 85 rexbii ( ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) ↔ ∃ 𝑛𝑍𝑗 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑗 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
87 51 86 sylibr ( 𝜑 → ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
88 nfv 𝑚 𝑛𝑍
89 1 88 nfan 𝑚 ( 𝜑𝑛𝑍 )
90 simpr ( ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) → ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 )
91 90 a1i ( ( ( 𝜑𝑛𝑍 ) ∧ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ) → ( ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) → ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
92 89 91 ralimdaa ( ( 𝜑𝑛𝑍 ) → ( ∀ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) → ∀ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
93 92 reximdva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) → ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
94 87 93 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 )
95 34 94 jca ( 𝜑 → ( ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℝ ∧ ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
96 5 rexanuz2 ( ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℝ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) ↔ ( ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℝ ∧ ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )
97 95 96 sylibr ( 𝜑 → ∃ 𝑛𝑍𝑚 ∈ ( ℤ𝑛 ) ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) ∈ ℝ ∧ ( abs ‘ ( ( ( 𝐹𝑚 ) ‘ 𝑋 ) − ( 𝐺𝑋 ) ) ) < 𝑌 ) )