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Theorem lmmbrf

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 lmmbr2 presupposes that F is a function. (Contributed by NM, 20-Jul-2007) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses lmmbr.2 𝐽 = ( MetOpen ‘ 𝐷 )
lmmbr.3 ( 𝜑𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) )
lmmbr3.5 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
lmmbr3.6 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
lmmbrf.7 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐴 )
lmmbrf.8 ( 𝜑𝐹 : 𝑍𝑋 )
Assertion lmmbrf ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmmbr.2 𝐽 = ( MetOpen ‘ 𝐷 )
2 lmmbr.3 ( 𝜑𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) )
3 lmmbr3.5 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
4 lmmbr3.6 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
5 lmmbrf.7 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) = 𝐴 )
6 lmmbrf.8 ( 𝜑𝐹 : 𝑍𝑋 )
7 elfvdm ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) → 𝑋 ∈ dom ∞Met )
8 cnex ℂ ∈ V
9 7 8 jctir ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) → ( 𝑋 ∈ dom ∞Met ∧ ℂ ∈ V ) )
10 uzssz ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℤ
11 zsscn ℤ ⊆ ℂ
12 10 11 sstri ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℂ
13 3 12 eqsstri 𝑍 ⊆ ℂ
14 13 jctr ( 𝐹 : 𝑍𝑋 → ( 𝐹 : 𝑍𝑋𝑍 ⊆ ℂ ) )
15 elpm2r ( ( ( 𝑋 ∈ dom ∞Met ∧ ℂ ∈ V ) ∧ ( 𝐹 : 𝑍𝑋𝑍 ⊆ ℂ ) ) → 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) )
16 9 14 15 syl2an ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑍𝑋 ) → 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) )
17 2 6 16 syl2anc ( 𝜑𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) )
18 17 biantrurd ( 𝜑 → ( ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ) ) )
19 3 uztrn2 ( ( 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → 𝑘𝑍 )
20 19 adantll ( ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → 𝑘𝑍 )
21 5 oveq1d ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) = ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) )
22 21 breq1d ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) )
23 22 adantrl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑗𝑍𝑘𝑍 ) ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) )
24 6 fdmd ( 𝜑 → dom 𝐹 = 𝑍 )
25 24 eleq2d ( 𝜑 → ( 𝑘 ∈ dom 𝐹𝑘𝑍 ) )
26 25 biimpar ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → 𝑘 ∈ dom 𝐹 )
27 6 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 )
28 26 27 jca ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ) )
29 28 biantrurd ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ) ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
30 df-3an ( ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ↔ ( ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ) ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) )
31 29 30 bitr4di ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
32 31 adantrl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑗𝑍𝑘𝑍 ) ) → ( ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
33 23 32 bitr3d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑗𝑍𝑘𝑍 ) ) → ( ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
34 33 anassrs ( ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
35 20 34 syldan ( ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
36 35 ralbidva ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
37 36 rexbidva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
38 37 ralbidv ( 𝜑 → ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )
39 38 anbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ) )
40 1 2 3 4 lmmbr3 ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ) )
41 3anass ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ) )
42 40 41 bitrdi ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝐹 ∈ ( 𝑋pm ℂ ) ∧ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝑘 ∈ dom 𝐹 ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ 𝑋 ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) ) ) )
43 18 39 42 3bitr4rd ( 𝜑 → ( 𝐹 ( ⇝𝑡𝐽 ) 𝑃 ↔ ( 𝑃𝑋 ∧ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( 𝐴 𝐷 𝑃 ) < 𝑥 ) ) )