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Theorem rlimresb

Description: The restriction of a function to an unbounded-above interval converges iff the original converges. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses rlimresb.1 ( 𝜑𝐹 : 𝐴 ⟶ ℂ )
rlimresb.2 ( 𝜑𝐴 ⊆ ℝ )
rlimresb.3 ( 𝜑𝐵 ∈ ℝ )
Assertion rlimresb ( 𝜑 → ( 𝐹𝑟 𝐶 ↔ ( 𝐹 ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rlimresb.1 ( 𝜑𝐹 : 𝐴 ⟶ ℂ )
2 rlimresb.2 ( 𝜑𝐴 ⊆ ℝ )
3 rlimresb.3 ( 𝜑𝐵 ∈ ℝ )
4 rlimcl ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶𝐶 ∈ ℂ )
5 4 a1i ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶𝐶 ∈ ℂ ) )
6 rlimcl ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶𝐶 ∈ ℂ )
7 6 a1i ( 𝜑 → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶𝐶 ∈ ℂ ) )
8 2 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝐴 ⊆ ℝ )
9 simprrl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝑥𝐴 )
10 8 9 sseldd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝑥 ∈ ℝ )
11 3 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝐵 ∈ ℝ )
12 elicopnf ( 𝐵 ∈ ℝ → ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ↔ ( 𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝐵𝑧 ) ) )
13 3 12 syl ( 𝜑 → ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ↔ ( 𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝐵𝑧 ) ) )
14 13 biimpa ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( 𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝐵𝑧 ) )
15 14 adantrr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → ( 𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝐵𝑧 ) )
16 15 simpld ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝑧 ∈ ℝ )
17 15 simprd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝐵𝑧 )
18 simprrr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝑧𝑥 )
19 11 16 10 17 18 letrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝐵𝑥 )
20 elicopnf ( 𝐵 ∈ ℝ → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ↔ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐵𝑥 ) ) )
21 11 20 syl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ↔ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐵𝑥 ) ) )
22 10 19 21 mpbir2and ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) )
23 22 anassrs ( ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑧𝑥 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) )
24 23 anassrs ( ( ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) ∧ 𝑧𝑥 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) )
25 biimt ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
26 24 25 syl ( ( ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) ∧ 𝑧𝑥 ) → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
27 26 pm5.74da ( ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ↔ ( 𝑧𝑥 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
28 bi2.04 ( ( 𝑧𝑥 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
29 27 28 bitrdi ( ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
30 29 pm5.74da ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( ( 𝑥𝐴 → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑥𝐴 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ) ) )
31 elin ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↔ ( 𝑥𝐴𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) )
32 31 imbi1i ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ↔ ( ( 𝑥𝐴𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
33 impexp ( ( ( 𝑥𝐴𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑥𝐴 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
34 32 33 bitri ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑥𝐴 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
35 30 34 bitr4di ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( ( 𝑥𝐴 → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
36 35 ralbidv2 ( ( 𝜑𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → ( ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
37 36 rexbidva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
38 37 ralbidv ( 𝜑 → ( ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
39 38 adantr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
40 1 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → ( 𝐹𝑥 ) ∈ ℂ )
41 40 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥𝐴 ( 𝐹𝑥 ) ∈ ℂ )
42 41 adantr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ∀ 𝑥𝐴 ( 𝐹𝑥 ) ∈ ℂ )
43 2 adantr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → 𝐴 ⊆ ℝ )
44 simpr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → 𝐶 ∈ ℂ )
45 3 adantr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → 𝐵 ∈ ℝ )
46 42 43 44 45 rlim3 ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ↔ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥𝐴 ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
47 elinel1 ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) → 𝑥𝐴 )
48 47 40 sylan2 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ) → ( 𝐹𝑥 ) ∈ ℂ )
49 48 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝐹𝑥 ) ∈ ℂ )
50 49 adantr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝐹𝑥 ) ∈ ℂ )
51 inss1 ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⊆ 𝐴
52 51 2 sstrid ( 𝜑 → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⊆ ℝ )
53 52 adantr ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⊆ ℝ )
54 50 53 44 45 rlim3 ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ↔ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ( 𝐵 [,) +∞ ) ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ( 𝑧𝑥 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑥 ) − 𝐶 ) ) < 𝑦 ) ) )
55 39 46 54 3bitr4d ( ( 𝜑𝐶 ∈ ℂ ) → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) )
56 55 ex ( 𝜑 → ( 𝐶 ∈ ℂ → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) ) )
57 5 7 56 pm5.21ndd ( 𝜑 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) )
58 1 feqmptd ( 𝜑𝐹 = ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) )
59 58 breq1d ( 𝜑 → ( 𝐹𝑟 𝐶 ↔ ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) )
60 resres ( ( 𝐹𝐴 ) ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) = ( 𝐹 ↾ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) )
61 ffn ( 𝐹 : 𝐴 ⟶ ℂ → 𝐹 Fn 𝐴 )
62 fnresdm ( 𝐹 Fn 𝐴 → ( 𝐹𝐴 ) = 𝐹 )
63 1 61 62 3syl ( 𝜑 → ( 𝐹𝐴 ) = 𝐹 )
64 63 reseq1d ( 𝜑 → ( ( 𝐹𝐴 ) ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) = ( 𝐹 ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) )
65 58 reseq1d ( 𝜑 → ( 𝐹 ↾ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ) = ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ↾ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ) )
66 resmpt ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⊆ 𝐴 → ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ↾ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ) = ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) )
67 51 66 ax-mp ( ( 𝑥𝐴 ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ↾ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ) = ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) )
68 65 67 eqtrdi ( 𝜑 → ( 𝐹 ↾ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ) = ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) )
69 60 64 68 3eqtr3a ( 𝜑 → ( 𝐹 ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) = ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) )
70 69 breq1d ( 𝜑 → ( ( 𝐹 ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⇝𝑟 𝐶 ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ↦ ( 𝐹𝑥 ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) )
71 57 59 70 3bitr4d ( 𝜑 → ( 𝐹𝑟 𝐶 ↔ ( 𝐹 ↾ ( 𝐵 [,) +∞ ) ) ⇝𝑟 𝐶 ) )