Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  caurcvg Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem caurcvg 14255
 Description: A Cauchy sequence of real numbers converges to its limit supremum. The fourth hypothesis specifies that 𝐹 is a Cauchy sequence. (Contributed by NM, 4-Apr-2005.) (Revised by AV, 12-Sep-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
caurcvg.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
caurcvg.3 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
caurcvg.4 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥)
Assertion
Ref Expression
caurcvg (𝜑𝐹 ⇝ (lim sup‘𝐹))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑚,𝑥,𝐹   𝑚,𝑀,𝑥   𝜑,𝑘,𝑚,𝑥   𝑘,𝑍,𝑚,𝑥
Allowed substitution hint:   𝑀(𝑘)

Proof of Theorem caurcvg
StepHypRef Expression
1 caurcvg.1 . . . . . 6 𝑍 = (ℤ𝑀)
2 uzssz 11583 . . . . . 6 (ℤ𝑀) ⊆ ℤ
31, 2eqsstri 3598 . . . . 5 𝑍 ⊆ ℤ
4 zssre 11261 . . . . 5 ℤ ⊆ ℝ
53, 4sstri 3577 . . . 4 𝑍 ⊆ ℝ
65a1i 11 . . 3 (𝜑𝑍 ⊆ ℝ)
7 caurcvg.3 . . 3 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℝ)
8 1rp 11712 . . . . . 6 1 ∈ ℝ+
98ne0ii 3882 . . . . 5 + ≠ ∅
10 caurcvg.4 . . . . 5 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥)
11 r19.2z 4012 . . . . 5 ((ℝ+ ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥)
129, 10, 11sylancr 694 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥)
13 eluzel2 11568 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
1413, 1eleq2s 2706 . . . . . . . 8 (𝑚𝑍𝑀 ∈ ℤ)
151uzsup 12524 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℤ → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
1614, 15syl 17 . . . . . . 7 (𝑚𝑍 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
1716a1d 25 . . . . . 6 (𝑚𝑍 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞))
1817rexlimiv 3009 . . . . 5 (∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
1918rexlimivw 3011 . . . 4 (∃𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
2012, 19syl 17 . . 3 (𝜑 → sup(𝑍, ℝ*, < ) = +∞)
213sseli 3564 . . . . . . . . . . . 12 (𝑚𝑍𝑚 ∈ ℤ)
223sseli 3564 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘𝑍𝑘 ∈ ℤ)
23 eluz 11577 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ (ℤ𝑚) ↔ 𝑚𝑘))
2421, 22, 23syl2an 493 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚𝑍𝑘𝑍) → (𝑘 ∈ (ℤ𝑚) ↔ 𝑚𝑘))
2524biimprd 237 . . . . . . . . . 10 ((𝑚𝑍𝑘𝑍) → (𝑚𝑘𝑘 ∈ (ℤ𝑚)))
2625expimpd 627 . . . . . . . . 9 (𝑚𝑍 → ((𝑘𝑍𝑚𝑘) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑚)))
2726imim1d 80 . . . . . . . 8 (𝑚𝑍 → ((𝑘 ∈ (ℤ𝑚) → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥) → ((𝑘𝑍𝑚𝑘) → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥)))
2827exp4a 631 . . . . . . 7 (𝑚𝑍 → ((𝑘 ∈ (ℤ𝑚) → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥) → (𝑘𝑍 → (𝑚𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥))))
2928ralimdv2 2944 . . . . . 6 (𝑚𝑍 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥 → ∀𝑘𝑍 (𝑚𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥)))
3029reximia 2992 . . . . 5 (∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥 → ∃𝑚𝑍𝑘𝑍 (𝑚𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥))
3130ralimi 2936 . . . 4 (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥 → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘𝑍 (𝑚𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥))
3210, 31syl 17 . . 3 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘𝑍 (𝑚𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥))
336, 7, 20, 32caurcvgr 14252 . 2 (𝜑𝐹𝑟 (lim sup‘𝐹))
3414a1d 25 . . . . . 6 (𝑚𝑍 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥𝑀 ∈ ℤ))
3534rexlimiv 3009 . . . . 5 (∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥𝑀 ∈ ℤ)
3635rexlimivw 3011 . . . 4 (∃𝑥 ∈ ℝ+𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)(abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑚))) < 𝑥𝑀 ∈ ℤ)
3712, 36syl 17 . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
38 ax-resscn 9872 . . . 4 ℝ ⊆ ℂ
39 fss 5969 . . . 4 ((𝐹:𝑍⟶ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ) → 𝐹:𝑍⟶ℂ)
407, 38, 39sylancl 693 . . 3 (𝜑𝐹:𝑍⟶ℂ)
411, 37, 40rlimclim 14125 . 2 (𝜑 → (𝐹𝑟 (lim sup‘𝐹) ↔ 𝐹 ⇝ (lim sup‘𝐹)))
4233, 41mpbid 221 1 (𝜑𝐹 ⇝ (lim sup‘𝐹))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∀wral 2896  ∃wrex 2897   ⊆ wss 3540  ∅c0 3874   class class class wbr 4583  ⟶wf 5800  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  supcsup 8229  ℂcc 9813  ℝcr 9814  1c1 9816  +∞cpnf 9950  ℝ*cxr 9952   < clt 9953   ≤ cle 9954   − cmin 10145  ℤcz 11254  ℤ≥cuz 11563  ℝ+crp 11708  abscabs 13822  lim supclsp 14049   ⇝ cli 14063   ⇝𝑟 crli 14064 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-er 7629  df-pm 7747  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-sup 8231  df-inf 8232  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-n0 11170  df-z 11255  df-uz 11564  df-rp 11709  df-ico 12052  df-fl 12455  df-seq 12664  df-exp 12723  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-limsup 14050  df-clim 14067  df-rlim 14068 This theorem is referenced by:  caurcvg2  14256  mbflimlem  23240  ioodvbdlimc1lem1  38821
 Copyright terms: Public domain W3C validator