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Theorem caucvg 12167
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 5541 . . . . . 6  |-  ( k  =  n  ->  ( F `  k )  =  ( F `  n ) )
21cbvmptv 4127 . . . . 5  |-  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  =  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )
3 caucvg.1 . . . . . . . . . 10  |-  Z  =  ( ZZ>= `  M )
4 uzssz 10263 . . . . . . . . . 10  |-  ( ZZ>= `  M )  C_  ZZ
53, 4eqsstri 3221 . . . . . . . . 9  |-  Z  C_  ZZ
6 zssre 10047 . . . . . . . . 9  |-  ZZ  C_  RR
75, 6sstri 3201 . . . . . . . 8  |-  Z  C_  RR
87a1i 10 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  Z  C_  RR )
9 caucvg.2 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  Z )  ->  ( F `  k )  e.  CC )
102eqcomi 2300 . . . . . . . 8  |-  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) )  =  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k ) )
119, 10fmptd 5700 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) : Z --> CC )
12 1rp 10374 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  RR+
13 ne0i 3474 . . . . . . . . . . 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 3556 . . . . . . . . . 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 644 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  E. x  e.  RR+  E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x
)
18 eluzel2 10251 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( j  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  M  e.  ZZ )
1918, 3eleq2s 2388 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( j  e.  Z  ->  M  e.  ZZ )
2019a1d 22 . . . . . . . . . . 11  |-  ( j  e.  Z  ->  ( A. k  e.  ( ZZ>=
`  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) )  <  x  ->  M  e.  ZZ ) )
2120rexlimiv 2674 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. j  e.  Z  A. k  e.  ( ZZ>= `  j ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )  <  x  ->  M  e.  ZZ )
2221rexlimivw 2676 . . . . . . . . 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 15 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  M  e.  ZZ )
243uzsup 10983 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  ZZ  ->  sup ( Z ,  RR* ,  <  )  =  +oo )
2523, 24syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  sup ( Z ,  RR* ,  <  )  = 
+oo )
265sseli 3189 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( j  e.  Z  ->  j  e.  ZZ )
275sseli 3189 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( k  e.  Z  ->  k  e.  ZZ )
28 eluz 10257 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ )  ->  ( k  e.  (
ZZ>= `  j )  <->  j  <_  k ) )
2926, 27, 28syl2an 463 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( k  e.  (
ZZ>= `  j )  <->  j  <_  k ) )
3029biimprd 214 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( j  <_  k  ->  k  e.  ( ZZ>= `  j ) ) )
31 fveq2 5541 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( n  =  k  ->  ( F `  n )  =  ( F `  k ) )
32 eqid 2296 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) )  =  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )
33 fvex 5555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( F `
 n )  e. 
_V
3431, 32, 33fvmpt3i 5621 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( k  e.  Z  ->  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  k
)  =  ( F `
 k ) )
35 fveq2 5541 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( n  =  j  ->  ( F `  n )  =  ( F `  j ) )
3635, 32, 33fvmpt3i 5621 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( j  e.  Z  ->  (
( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) `  j
)  =  ( F `
 j ) )
3734, 36oveqan12rd 5894 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( j  e.  Z  /\  k  e.  Z )  ->  ( ( ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) `
 k )  -  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) `  j ) )  =  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) )
3837fveq2d 5545 . . . . . . . . . . . . . . . 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 4049 . . . . . . . . . . . . . . 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 214 . . . . . . . . . . . . . 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 68 . . . . . . . . . . . . 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 423 . . . . . . . . . . . 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 72 . . . . . . . . . . 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 2636 . . . . . . . . . 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 2661 . . . . . . . . 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 2631 . . . . . . . 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 15 . . . . . . 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 12164 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) )  e.  dom  ~~> r  )
4911, 25rlimdm 12041 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )  e. 
dom 
~~> r  <->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n ) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) ) ) )
5048, 49mpbid 201 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) ) )
512, 50syl5eqbr 4072 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `
 n ) ) ) )
52 eqid 2296 . . . . . 6  |-  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  =  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k ) )
539, 52fmptd 5700 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k
) ) : Z --> CC )
543, 23, 53rlimclim 12036 . . . 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 201 . . 3  |-  ( ph  ->  ( k  e.  Z  |->  ( F `  k
) )  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) ) )
56 caucvg.4 . . . 4  |-  ( ph  ->  F  e.  V )
573, 52climmpt 12061 . . . 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 642 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) )  <->  ( k  e.  Z  |->  ( F `
 k ) )  ~~>  (  ~~> r  `  (
n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) ) ) )
5955, 58mpbird 223 . 2  |-  ( ph  ->  F  ~~>  (  ~~> r  `  ( n  e.  Z  |->  ( F `  n
) ) ) )
60 climrel 11982 . . 3  |-  Rel  ~~>
6160releldmi 4931 . 2  |-  ( F  ~~>  (  ~~> r  `  (
n  e.  Z  |->  ( F `  n ) ) )  ->  F  e.  dom  ~~>  )
6259, 61syl 15 1  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~>  )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    = wceq 1632    e. wcel 1696    =/= wne 2459   A.wral 2556   E.wrex 2557    C_ wss 3165   (/)c0 3468   class class class wbr 4039    e. cmpt 4093   dom cdm 4705   ` cfv 5271  (class class class)co 5874   supcsup 7209   CCcc 8751   RRcr 8752   1c1 8754    +oocpnf 8880   RR*cxr 8882    < clt 8883    <_ cle 8884    - cmin 9053   ZZcz 10040   ZZ>=cuz 10246   RR+crp 10370   abscabs 11735    ~~> cli 11974    ~~> r crli 11975
This theorem is referenced by:  caucvgb  12168  cvgcmpce  12292  ulmcau  19788  dchrisumlem3  20656  rrncmslem  26659
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830  ax-pre-sup 8831  ax-addf 8832  ax-mulf 8833
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-er 6676  df-pm 6791  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-sup 7210  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-2 9820  df-3 9821  df-n0 9982  df-z 10041  df-uz 10247  df-rp 10371  df-ico 10678  df-fl 10941  df-seq 11063  df-exp 11121  df-cj 11600  df-re 11601  df-im 11602  df-sqr 11736  df-abs 11737  df-limsup 11961  df-clim 11978  df-rlim 11979
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