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Theorem caucvg 12427
Description: A Cauchy sequence of complex numbers converges to a complex number. Theorem 12-5.3 of [Gleason] p. 180 (sufficiency part). (Contributed by NM, 20-Dec-2006.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 15-Feb-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 8-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
caucvg.1  |-  Z  =  ( ZZ>= `  M )
caucvg.2  |-  ( (
ph  /\  k  e.  Z )  ->  ( F `  k )  e.  CC )
caucvg.3  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x
)
caucvg.4  |-  ( ph  ->  F  e.  V )
Assertion
Ref Expression
caucvg  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~>  )
Distinct variable groups:    j, k, x, F    j, M, k, x    ph, j, k, x   
j, Z, k, x
Allowed substitution hints:    V( x, j, k)

Proof of Theorem caucvg
Dummy variable  n is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 5687 . . . . . 6  |-  ( k  =  n  ->  ( F `  k )  =  ( F `  n ) )
21cbvmptv 4260 . . . . 5  |-  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  =  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )
3 caucvg.1 . . . . . . . . . 10  |-  Z  =  ( ZZ>= `  M )
4 uzssz 10461 . . . . . . . . . 10  |-  ( ZZ>= `  M )  C_  ZZ
53, 4eqsstri 3338 . . . . . . . . 9  |-  Z  C_  ZZ
6 zssre 10245 . . . . . . . . 9  |-  ZZ  C_  RR
75, 6sstri 3317 . . . . . . . 8  |-  Z  C_  RR
87a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  Z  C_  RR )
9 caucvg.2 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  Z )  ->  ( F `  k )  e.  CC )
102eqcomi 2408 . . . . . . . 8  |-  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) )  =  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k ) )
119, 10fmptd 5852 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) : Z --> CC )
12 1rp 10572 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  RR+
13 ne0i 3594 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 1  e.  RR+  ->  RR+  =/=  (/) )
1412, 13ax-mp 8 . . . . . . . . . 10  |-  RR+  =/=  (/)
15 caucvg.3 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x
)
16 r19.2z 3677 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
RR+  =/=  (/)  /\  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x )  ->  E. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x
)
1714, 15, 16sylancr 645 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  E. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x
)
18 eluzel2 10449 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( j  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  M  e.  ZZ )
1918, 3eleq2s 2496 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( j  e.  Z  ->  M  e.  ZZ )
2019a1d 23 . . . . . . . . . . 11  |-  ( j  e.  Z  ->  ( A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) )  <  x  ->  M  e.  ZZ ) )
2120rexlimiv 2784 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x  ->  M  e.  ZZ )
2221rexlimivw 2786 . . . . . . . . 9  |-  ( E. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x  ->  M  e.  ZZ )
2317, 22syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  M  e.  ZZ )
243uzsup 11199 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  ZZ  ->  sup ( Z ,  RR* ,  <  )  =  +oo )
2523, 24syl 16 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  sup ( Z ,  RR* ,  <  )  = 
+oo )
265sseli 3304 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( j  e.  Z  ->  j  e.  ZZ )
275sseli 3304 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( k  e.  Z  ->  k  e.  ZZ )
28 eluz 10455 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( k  e.  (
ZZ>= `  j )  <->  j  <_  k ) )
2926, 27, 28syl2an 464 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( k  e.  (
ZZ>= `  j )  <->  j  <_  k ) )
3029biimprd 215 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( j  <_  k  ->  k  e.  ( ZZ>= `  j ) ) )
31 fveq2 5687 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( n  =  k  ->  ( F `  n )  =  ( F `  k ) )
32 eqid 2404 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) )  =  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )
33 fvex 5701 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( F `
 n )  e. 
_V
3431, 32, 33fvmpt3i 5768 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( k  e.  Z  ->  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  k
)  =  ( F `
 k ) )
35 fveq2 5687 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( n  =  j  ->  ( F `  n )  =  ( F `  j ) )
3635, 32, 33fvmpt3i 5768 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( j  e.  Z  ->  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  j
)  =  ( F `
 j ) )
3734, 36oveqan12rd 6060 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) )  =  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )
3837fveq2d 5691 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( abs `  (
( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  k )  -  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  j
) ) )  =  ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) ) )
3938breq1d 4182 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( ( abs `  (
( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  k )  -  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  j
) ) )  < 
x  <->  ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x ) )
4039biimprd 215 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x  -> 
( abs `  (
( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  k )  -  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  j
) ) )  < 
x ) )
4130, 40imim12d 70 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( ( k  e.  ( ZZ>= `  j )  ->  ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x )  ->  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) ) )  <  x ) ) )
4241ex 424 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( j  e.  Z  ->  (
k  e.  Z  -> 
( ( k  e.  ( ZZ>= `  j )  ->  ( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x )  ->  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) ) )  <  x ) ) ) )
4342com23 74 . . . . . . . . . . 11  |-  ( j  e.  Z  ->  (
( k  e.  (
ZZ>= `  j )  -> 
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x )  ->  ( k  e.  Z  ->  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) ) )  <  x ) ) ) )
4443ralimdv2 2746 . . . . . . . . . 10  |-  ( j  e.  Z  ->  ( A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) )  <  x  ->  A. k  e.  Z  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) ) )  <  x ) ) )
4544reximia 2771 . . . . . . . . 9  |-  ( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x  ->  E. j  e.  Z  A. k  e.  Z  ( j  <_  k  ->  ( abs `  (
( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  k )  -  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  j
) ) )  < 
x ) )
4645ralimi 2741 . . . . . . . 8  |-  ( A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  <  x  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  Z  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) ) )  <  x ) )
4715, 46syl 16 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  Z  (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  k
)  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) ) )  <  x
) )
488, 11, 25, 47caucvgr 12424 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) )  e.  dom  ~~> r  )
4911, 25rlimdm 12300 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )  e. 
dom 
~~> r  <->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) ) ) )
5048, 49mpbid 202 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) ) )
512, 50syl5eqbr 4205 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) ) )
52 eqid 2404 . . . . . 6  |-  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  =  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k ) )
539, 52fmptd 5852 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k
) ) : Z --> CC )
543, 23, 53rlimclim 12295 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( k  e.  Z  |->  ( F `  k ) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) )  <->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k ) )  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) ) ) )
5551, 54mpbid 202 . . 3  |-  ( ph  ->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k
) )  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) ) )
56 caucvg.4 . . . 4  |-  ( ph  ->  F  e.  V )
573, 52climmpt 12320 . . . 4  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  F  e.  V )  ->  ( F  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) )  <->  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  ~~>  (  ~~> r  `  (
n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) ) ) )
5823, 56, 57syl2anc 643 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) )  <->  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  ~~>  (  ~~> r  `  (
n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) ) ) )
5955, 58mpbird 224 . 2  |-  ( ph  ->  F  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) ) )
60 climrel 12241 . . 3  |-  Rel  ~~>
6160releldmi 5065 . 2  |-  ( F  ~~>  (  ~~> r  `  (
n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) )  ->  F  e.  dom  ~~>  )
6259, 61syl 16 1  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~>  )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1721    =/= wne 2567   A.wral 2666   E.wrex 2667    C_ wss 3280   (/)c0 3588   class class class wbr 4172    e. cmpt 4226   dom cdm 4837   ` cfv 5413  (class class class)co 6040   supcsup 7403   CCcc 8944   RRcr 8945   1c1 8947    +oocpnf 9073   RR*cxr 9075    < clt 9076    <_ cle 9077    - cmin 9247   ZZcz 10238   ZZ>=cuz 10444   RR+crp 10568   abscabs 11994    ~~> cli 12233    ~~> r crli 12234
This theorem is referenced by:  caucvgb  12428  cvgcmpce  12552  ulmcau  20264  dchrisumlem3  21138  rrncmslem  26431
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2385  ax-rep 4280  ax-sep 4290  ax-nul 4298  ax-pow 4337  ax-pr 4363  ax-un 4660  ax-cnex 9002  ax-resscn 9003  ax-1cn 9004  ax-icn 9005  ax-addcl 9006  ax-addrcl 9007  ax-mulcl 9008  ax-mulrcl 9009  ax-mulcom 9010  ax-addass 9011  ax-mulass 9012  ax-distr 9013  ax-i2m1 9014  ax-1ne0 9015  ax-1rid 9016  ax-rnegex 9017  ax-rrecex 9018  ax-cnre 9019  ax-pre-lttri 9020  ax-pre-lttrn 9021  ax-pre-ltadd 9022  ax-pre-mulgt0 9023  ax-pre-sup 9024  ax-addf 9025  ax-mulf 9026
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2258  df-mo 2259  df-clab 2391  df-cleq 2397  df-clel 2400  df-nfc 2529  df-ne 2569  df-nel 2570  df-ral 2671  df-rex 2672  df-reu 2673  df-rmo 2674  df-rab 2675  df-v 2918  df-sbc 3122  df-csb 3212  df-dif 3283  df-un 3285  df-in 3287  df-ss 3294  df-pss 3296  df-nul 3589  df-if 3700  df-pw 3761  df-sn 3780  df-pr 3781  df-tp 3782  df-op 3783  df-uni 3976  df-iun 4055  df-br 4173  df-opab 4227  df-mpt 4228  df-tr 4263  df-eprel 4454  df-id 4458  df-po 4463  df-so 4464  df-fr 4501  df-we 4503  df-ord 4544  df-on 4545  df-lim 4546  df-suc 4547  df-om 4805  df-xp 4843  df-rel 4844  df-cnv 4845  df-co 4846  df-dm 4847  df-rn 4848  df-res 4849  df-ima 4850  df-iota 5377  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-ov 6043  df-oprab 6044  df-mpt2 6045  df-2nd 6309  df-riota 6508  df-recs 6592  df-rdg 6627  df-er 6864  df-pm 6980  df-en 7069  df-dom 7070  df-sdom 7071  df-sup 7404  df-pnf 9078  df-mnf 9079  df-xr 9080  df-ltxr 9081  df-le 9082  df-sub 9249  df-neg 9250  df-div 9634  df-nn 9957  df-2 10014  df-3 10015  df-n0 10178  df-z 10239  df-uz 10445  df-rp 10569  df-ico 10878  df-fl 11157  df-seq 11279  df-exp 11338  df-cj 11859  df-re 11860  df-im 11861  df-sqr 11995  df-abs 11996  df-limsup 12220  df-clim 12237  df-rlim 12238
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