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Theorem lmbrf

Description: Express the binary relation "sequence F converges to point P " in a metric space using an arbitrary upper set of integers. This version of lmbr2 presupposes that F is a function. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Nov-2013)

Ref Expression
Hypotheses lmbr.2 ( 𝜑𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
lmbr2.4 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
lmbr2.5 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
lmbrf.6 ( 𝜑𝐹 : 𝑍𝑋 )
lmbrf.7 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐴 )
Assertion lmbrf ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmbr.2 ( 𝜑𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
2 lmbr2.4 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
3 lmbr2.5 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
4 lmbrf.6 ( 𝜑𝐹 : 𝑍𝑋 )
5 lmbrf.7 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐴 )
6 1 2 3 lmbr2 ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )
7 3anass ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )
8 2 uztrn2 ( ( 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → 𝑘𝑍 )
9 5 eleq1d ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢𝐴𝑢 ) )
10 4 fdmd ( 𝜑 → dom 𝐹 = 𝑍 )
11 10 eleq2d ( 𝜑 → ( 𝑘 ∈ dom 𝐹𝑘𝑍 ) )
12 11 biimpar ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → 𝑘 ∈ dom 𝐹 )
13 12 biantrurd ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
14 9 13 bitr3d ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐴𝑢 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
15 8 14 sylan2 ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) ) → ( 𝐴𝑢 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
16 15 anassrs ( ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( 𝐴𝑢 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
17 16 ralbidva ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
18 17 rexbidva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ↔ ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) )
19 18 imbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ↔ ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) )
20 19 ralbidv ( 𝜑 → ( ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ↔ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) )
21 20 anbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ) ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )
22 toponmax ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝑋𝐽 )
23 1 22 syl ( 𝜑𝑋𝐽 )
24 cnex ℂ ∈ V
25 23 24 jctir ( 𝜑 → ( 𝑋𝐽 ∧ ℂ ∈ V ) )
26 uzssz ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℤ
27 zsscn ℤ ⊆ ℂ
28 26 27 sstri ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℂ
29 2 28 eqsstri 𝑍 ⊆ ℂ
30 4 29 jctir ( 𝜑 → ( 𝐹 : 𝑍𝑋𝑍 ⊆ ℂ ) )
31 elpm2r ( ( ( 𝑋𝐽 ∧ ℂ ∈ V ) ∧ ( 𝐹 : 𝑍𝑋𝑍 ⊆ ℂ ) ) → 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) )
32 25 30 31 syl2anc ( 𝜑𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) )
33 32 biantrurd ( 𝜑 → ( ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) ) )
34 21 33 bitr2d ( 𝜑 → ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ) ) )
35 7 34 syl5bb ( 𝜑 → ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑢 ) ) ) ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ) ) )
36 6 35 bitrd ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝑃𝑢 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) 𝐴𝑢 ) ) ) )