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Theorem rlimcn1

Description: Image of a limit under a continuous map. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses rlimcn1.1 ( 𝜑𝐺 : 𝐴𝑋 )
rlimcn1.2 ( 𝜑𝐶𝑋 )
rlimcn1.3 ( 𝜑𝐺𝑟 𝐶 )
rlimcn1.4 ( 𝜑𝐹 : 𝑋 ⟶ ℂ )
rlimcn1.5 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) )
Assertion rlimcn1 ( 𝜑 → ( 𝐹𝐺 ) ⇝𝑟 ( 𝐹𝐶 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimcn1.1 ( 𝜑𝐺 : 𝐴𝑋 )
2 rlimcn1.2 ( 𝜑𝐶𝑋 )
3 rlimcn1.3 ( 𝜑𝐺𝑟 𝐶 )
4 rlimcn1.4 ( 𝜑𝐹 : 𝑋 ⟶ ℂ )
5 rlimcn1.5 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) )
6 1 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑤𝐴 ) → ( 𝐺𝑤 ) ∈ 𝑋 )
7 1 feqmptd ( 𝜑𝐺 = ( 𝑤𝐴 ↦ ( 𝐺𝑤 ) ) )
8 4 feqmptd ( 𝜑𝐹 = ( 𝑣𝑋 ↦ ( 𝐹𝑣 ) ) )
9 fveq2 ( 𝑣 = ( 𝐺𝑤 ) → ( 𝐹𝑣 ) = ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) )
10 6 7 8 9 fmptco ( 𝜑 → ( 𝐹𝐺 ) = ( 𝑤𝐴 ↦ ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) ) )
11 fvexd ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑤𝐴 ) → ( 𝐺𝑤 ) ∈ V )
12 11 ralrimiva ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ∀ 𝑤𝐴 ( 𝐺𝑤 ) ∈ V )
13 simpr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → 𝑦 ∈ ℝ+ )
14 7 3 eqbrtrrd ( 𝜑 → ( 𝑤𝐴 ↦ ( 𝐺𝑤 ) ) ⇝𝑟 𝐶 )
15 14 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( 𝑤𝐴 ↦ ( 𝐺𝑤 ) ) ⇝𝑟 𝐶 )
16 12 13 15 rlimi ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) )
17 fvoveq1 ( 𝑧 = ( 𝐺𝑤 ) → ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) )
18 17 breq1d ( 𝑧 = ( 𝐺𝑤 ) → ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) )
19 18 imbrov2fvoveq ( 𝑧 = ( 𝐺𝑤 ) → ( ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
20 simplrr ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) ∧ 𝑤𝐴 ) → ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) )
21 6 ad4ant14 ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) ∧ 𝑤𝐴 ) → ( 𝐺𝑤 ) ∈ 𝑋 )
22 19 20 21 rspcdva ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) ∧ 𝑤𝐴 ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) )
23 22 imim2d ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) ∧ 𝑤𝐴 ) → ( ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) → ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
24 23 ralimdva ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) → ( ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) → ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
25 24 reximdv ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) → ( ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) → ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
26 25 expr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) → ( ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐺𝑤 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) → ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) ) )
27 16 26 mpid ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∀ 𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) → ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
28 27 rexlimdva ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ( ∃ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧𝑋 ( ( abs ‘ ( 𝑧𝐶 ) ) < 𝑦 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑧 ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) → ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
29 5 28 mpd ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) )
30 29 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) )
31 4 ffvelrnda ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐺𝑤 ) ∈ 𝑋 ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) ∈ ℂ )
32 6 31 syldan ( ( 𝜑𝑤𝐴 ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) ∈ ℂ )
33 32 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑤𝐴 ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) ∈ ℂ )
34 1 fdmd ( 𝜑 → dom 𝐺 = 𝐴 )
35 rlimss ( 𝐺𝑟 𝐶 → dom 𝐺 ⊆ ℝ )
36 3 35 syl ( 𝜑 → dom 𝐺 ⊆ ℝ )
37 34 36 eqsstrrd ( 𝜑𝐴 ⊆ ℝ )
38 4 2 ffvelrnd ( 𝜑 → ( 𝐹𝐶 ) ∈ ℂ )
39 33 37 38 rlim2 ( 𝜑 → ( ( 𝑤𝐴 ↦ ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) ) ⇝𝑟 ( 𝐹𝐶 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑐 ∈ ℝ ∀ 𝑤𝐴 ( 𝑐𝑤 → ( abs ‘ ( ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) − ( 𝐹𝐶 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
40 30 39 mpbird ( 𝜑 → ( 𝑤𝐴 ↦ ( 𝐹 ‘ ( 𝐺𝑤 ) ) ) ⇝𝑟 ( 𝐹𝐶 ) )
41 10 40 eqbrtrd ( 𝜑 → ( 𝐹𝐺 ) ⇝𝑟 ( 𝐹𝐶 ) )