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Theorem caurcvgr 13552
Description: A Cauchy sequence of real numbers converges to its limit supremum. The third hypothesis specifies that  F is a Cauchy sequence. (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
caurcvgr.1  |-  ( ph  ->  A  C_  RR )
caurcvgr.2  |-  ( ph  ->  F : A --> RR )
caurcvgr.3  |-  ( ph  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )
caurcvgr.4  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  A  A. k  e.  A  (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) )  <  x ) )
Assertion
Ref Expression
caurcvgr  |-  ( ph  ->  F  ~~> r  ( limsup `  F ) )
Distinct variable groups:    j, k, x, A    j, F, k, x    ph, j, k, x

Proof of Theorem caurcvgr
Dummy variable  y is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 caurcvgr.1 . . . . 5  |-  ( ph  ->  A  C_  RR )
2 caurcvgr.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  F : A --> RR )
3 caurcvgr.3 . . . . 5  |-  ( ph  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )
4 caurcvgr.4 . . . . 5  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  A  A. k  e.  A  (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) )  <  x ) )
5 1rp 11187 . . . . . 6  |-  1  e.  RR+
65a1i 11 . . . . 5  |-  ( ph  ->  1  e.  RR+ )
71, 2, 3, 4, 6caucvgrlem 13551 . . . 4  |-  ( ph  ->  E. j  e.  A  ( ( limsup `  F
)  e.  RR  /\  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `  F
) ) )  < 
( 3  x.  1 ) ) ) )
8 simpl 455 . . . . 5  |-  ( ( ( limsup `  F )  e.  RR  /\  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  1 ) ) )  ->  ( limsup `  F )  e.  RR )
98rexlimivw 2892 . . . 4  |-  ( E. j  e.  A  ( ( limsup `  F )  e.  RR  /\  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  1 ) ) )  ->  ( limsup `  F )  e.  RR )
107, 9syl 17 . . 3  |-  ( ph  ->  ( limsup `  F )  e.  RR )
1110recnd 9572 . 2  |-  ( ph  ->  ( limsup `  F )  e.  CC )
121adantr 463 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  A  C_  RR )
132adantr 463 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  F : A
--> RR )
143adantr 463 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )
154adantr 463 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  A  A. k  e.  A  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x
) )
16 simpr 459 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  y  e.  RR+ )
17 3re 10570 . . . . . . . . 9  |-  3  e.  RR
18 3pos 10590 . . . . . . . . 9  |-  0  <  3
1917, 18elrpii 11186 . . . . . . . 8  |-  3  e.  RR+
20 rpdivcl 11206 . . . . . . . 8  |-  ( ( y  e.  RR+  /\  3  e.  RR+ )  ->  (
y  /  3 )  e.  RR+ )
2116, 19, 20sylancl 660 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( y  /  3 )  e.  RR+ )
2212, 13, 14, 15, 21caucvgrlem 13551 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  A  ( ( limsup `
 F )  e.  RR  /\  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) ) )
23 simpr 459 . . . . . . 7  |-  ( ( ( limsup `  F )  e.  RR  /\  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) )  ->  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) )
2423reximi 2871 . . . . . 6  |-  ( E. j  e.  A  ( ( limsup `  F )  e.  RR  /\  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) )  ->  E. j  e.  A  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) )
2522, 24syl 17 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  A  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) )
26 ssrexv 3503 . . . . 5  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. j  e.  A  A. k  e.  A  (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `  F
) ) )  < 
( 3  x.  (
y  /  3 ) ) )  ->  E. j  e.  RR  A. k  e.  A  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) ) )
2712, 25, 26sylc 59 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  RR  A. k  e.  A  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) ) )
28 rpcn 11191 . . . . . . . . 9  |-  ( y  e.  RR+  ->  y  e.  CC )
2928adantl 464 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  y  e.  CC )
30 3cn 10571 . . . . . . . . 9  |-  3  e.  CC
3130a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  3  e.  CC )
32 3ne0 10591 . . . . . . . . 9  |-  3  =/=  0
3332a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  3  =/=  0 )
3429, 31, 33divcan2d 10283 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) )  =  y )
3534breq2d 4406 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( ( abs `  ( ( F `
 k )  -  ( limsup `  F )
) )  <  (
3  x.  ( y  /  3 ) )  <-> 
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( limsup `  F ) ) )  <  y ) )
3635imbi2d 314 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `  F
) ) )  < 
( 3  x.  (
y  /  3 ) ) )  <->  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  y ) ) )
3736rexralbidv 2925 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  ( E. j  e.  RR  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  ( 3  x.  ( y  / 
3 ) ) )  <->  E. j  e.  RR  A. k  e.  A  ( j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `  F
) ) )  < 
y ) ) )
3827, 37mpbid 210 . . 3  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR+ )  ->  E. j  e.  RR  A. k  e.  A  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  y ) )
3938ralrimiva 2817 . 2  |-  ( ph  ->  A. y  e.  RR+  E. j  e.  RR  A. k  e.  A  (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `  F
) ) )  < 
y ) )
40 ax-resscn 9499 . . . 4  |-  RR  C_  CC
41 fss 5678 . . . 4  |-  ( ( F : A --> RR  /\  RR  C_  CC )  ->  F : A --> CC )
422, 40, 41sylancl 660 . . 3  |-  ( ph  ->  F : A --> CC )
43 eqidd 2403 . . 3  |-  ( (
ph  /\  k  e.  A )  ->  ( F `  k )  =  ( F `  k ) )
4442, 1, 43rlim 13374 . 2  |-  ( ph  ->  ( F  ~~> r  (
limsup `  F )  <->  ( ( limsup `
 F )  e.  CC  /\  A. y  e.  RR+  E. j  e.  RR  A. k  e.  A  ( j  <_ 
k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( limsup `
 F ) ) )  <  y ) ) ) )
4511, 39, 44mpbir2and 923 1  |-  ( ph  ->  F  ~~> r  ( limsup `  F ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 367    = wceq 1405    e. wcel 1842    =/= wne 2598   A.wral 2753   E.wrex 2754    C_ wss 3413   class class class wbr 4394   -->wf 5521   ` cfv 5525  (class class class)co 6234   supcsup 7854   CCcc 9440   RRcr 9441   0cc0 9442   1c1 9443    x. cmul 9447   +oocpnf 9575   RR*cxr 9577    < clt 9578    <_ cle 9579    - cmin 9761    / cdiv 10167   3c3 10547   RR+crp 11183   abscabs 13123   limsupclsp 13349    ~~> r crli 13364
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1639  ax-4 1652  ax-5 1725  ax-6 1771  ax-7 1814  ax-8 1844  ax-9 1846  ax-10 1861  ax-11 1866  ax-12 1878  ax-13 2026  ax-ext 2380  ax-sep 4516  ax-nul 4524  ax-pow 4571  ax-pr 4629  ax-un 6530  ax-cnex 9498  ax-resscn 9499  ax-1cn 9500  ax-icn 9501  ax-addcl 9502  ax-addrcl 9503  ax-mulcl 9504  ax-mulrcl 9505  ax-mulcom 9506  ax-addass 9507  ax-mulass 9508  ax-distr 9509  ax-i2m1 9510  ax-1ne0 9511  ax-1rid 9512  ax-rnegex 9513  ax-rrecex 9514  ax-cnre 9515  ax-pre-lttri 9516  ax-pre-lttrn 9517  ax-pre-ltadd 9518  ax-pre-mulgt0 9519  ax-pre-sup 9520
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 368  df-an 369  df-3or 975  df-3an 976  df-tru 1408  df-ex 1634  df-nf 1638  df-sb 1764  df-eu 2242  df-mo 2243  df-clab 2388  df-cleq 2394  df-clel 2397  df-nfc 2552  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2758  df-rex 2759  df-reu 2760  df-rmo 2761  df-rab 2762  df-v 3060  df-sbc 3277  df-csb 3373  df-dif 3416  df-un 3418  df-in 3420  df-ss 3427  df-pss 3429  df-nul 3738  df-if 3885  df-pw 3956  df-sn 3972  df-pr 3974  df-tp 3976  df-op 3978  df-uni 4191  df-iun 4272  df-br 4395  df-opab 4453  df-mpt 4454  df-tr 4489  df-eprel 4733  df-id 4737  df-po 4743  df-so 4744  df-fr 4781  df-we 4783  df-ord 4824  df-on 4825  df-lim 4826  df-suc 4827  df-xp 4948  df-rel 4949  df-cnv 4950  df-co 4951  df-dm 4952  df-rn 4953  df-res 4954  df-ima 4955  df-iota 5489  df-fun 5527  df-fn 5528  df-f 5529  df-f1 5530  df-fo 5531  df-f1o 5532  df-fv 5533  df-riota 6196  df-ov 6237  df-oprab 6238  df-mpt2 6239  df-om 6639  df-2nd 6739  df-recs 6999  df-rdg 7033  df-er 7268  df-pm 7380  df-en 7475  df-dom 7476  df-sdom 7477  df-sup 7855  df-pnf 9580  df-mnf 9581  df-xr 9582  df-ltxr 9583  df-le 9584  df-sub 9763  df-neg 9764  df-div 10168  df-nn 10497  df-2 10555  df-3 10556  df-n0 10757  df-z 10826  df-uz 11046  df-rp 11184  df-ico 11506  df-seq 12062  df-exp 12121  df-cj 12988  df-re 12989  df-im 12990  df-sqrt 13124  df-abs 13125  df-limsup 13350  df-rlim 13368
This theorem is referenced by:  caucvgrlem2  13553  caurcvg  13555
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