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Theorem caucvgr 12078
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.) (Revised by Mario Carneiro, 8-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
caucvgr.1  |-  ( ph  ->  A  C_  RR )
caucvgr.2  |-  ( ph  ->  F : A --> CC )
caucvgr.3  |-  ( ph  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = 
+oo )
caucvgr.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
caucvgr  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~> r  )
Distinct variable groups:    j, k, x, A    j, F, k, x    ph, j, k, x

Proof of Theorem caucvgr
StepHypRef Expression
1 caucvgr.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  F : A --> CC )
21feqmptd 5474 . . . 4  |-  ( ph  ->  F  =  ( n  e.  A  |->  ( F `
 n ) ) )
3 ffvelrn 5562 . . . . . . 7  |-  ( ( F : A --> CC  /\  n  e.  A )  ->  ( F `  n
)  e.  CC )
41, 3sylan 459 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  ( F `  n )  e.  CC )
54replimd 11612 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  ( F `  n )  =  ( ( Re
`  ( F `  n ) )  +  ( _i  x.  (
Im `  ( F `  n ) ) ) ) )
65mpteq2dva 4046 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( F `  n
) )  =  ( n  e.  A  |->  ( ( Re `  ( F `  n )
)  +  ( _i  x.  ( Im `  ( F `  n ) ) ) ) ) )
72, 6eqtrd 2288 . . 3  |-  ( ph  ->  F  =  ( n  e.  A  |->  ( ( Re `  ( F `
 n ) )  +  ( _i  x.  ( Im `  ( F `
 n ) ) ) ) ) )
8 fvex 5437 . . . . 5  |-  ( Re
`  ( F `  n ) )  e. 
_V
98a1i 12 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  (
Re `  ( F `  n ) )  e. 
_V )
10 ovex 5782 . . . . 5  |-  ( _i  x.  ( Im `  ( F `  n ) ) )  e.  _V
1110a1i 12 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  (
_i  x.  ( Im `  ( F `  n
) ) )  e. 
_V )
12 caucvgr.1 . . . . 5  |-  ( ph  ->  A  C_  RR )
13 caucvgr.3 . . . . 5  |-  ( ph  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = 
+oo )
14 caucvgr.4 . . . . 5  |-  ( ph  ->  A. x  e.  RR+  E. j  e.  A  A. k  e.  A  (
j  <_  k  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) )  <  x ) )
15 ref 11527 . . . . 5  |-  Re : CC
--> RR
16 resub 11542 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( Re `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  =  ( ( Re `  ( F `
 k ) )  -  ( Re `  ( F `  j ) ) ) )
1716fveq2d 5427 . . . . . 6  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Re `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  =  ( abs `  ( ( Re `  ( F `  k ) )  -  ( Re
`  ( F `  j ) ) ) ) )
18 subcl 8984 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( ( F `  k )  -  ( F `  j )
)  e.  CC )
19 absrele 11723 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  -  ( F `
 j ) )  e.  CC  ->  ( abs `  ( Re `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )  <_ 
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) ) )
2018, 19syl 17 . . . . . 6  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Re `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  <_  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )
2117, 20eqbrtrrd 3985 . . . . 5  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
( Re `  ( F `  k )
)  -  ( Re
`  ( F `  j ) ) ) )  <_  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )
2212, 1, 13, 14, 15, 21caucvgrlem2 12077 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( Re `  ( F `  n )
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( Re  o.  F ) ) )
23 ax-icn 8729 . . . . . . 7  |-  _i  e.  CC
2423elexi 2749 . . . . . 6  |-  _i  e.  _V
2524a1i 12 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  _i  e.  _V )
26 fvex 5437 . . . . . 6  |-  ( Im
`  ( F `  n ) )  e. 
_V
2726a1i 12 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  (
Im `  ( F `  n ) )  e. 
_V )
28 rlimconst 11948 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  RR  /\  _i  e.  CC )  ->  (
n  e.  A  |->  _i )  ~~> r  _i )
2912, 23, 28sylancl 646 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  _i )  ~~> r  _i )
30 imf 11528 . . . . . 6  |-  Im : CC
--> RR
31 imsub 11550 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( Im `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  =  ( ( Im `  ( F `
 k ) )  -  ( Im `  ( F `  j ) ) ) )
3231fveq2d 5427 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Im `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  =  ( abs `  ( ( Im `  ( F `  k ) )  -  ( Im
`  ( F `  j ) ) ) ) )
33 absimle 11724 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( F `  k
)  -  ( F `
 j ) )  e.  CC  ->  ( abs `  ( Im `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )  <_ 
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) ) )
3418, 33syl 17 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Im `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  <_  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )
3532, 34eqbrtrrd 3985 . . . . . 6  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
( Im `  ( F `  k )
)  -  ( Im
`  ( F `  j ) ) ) )  <_  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )
3612, 1, 13, 14, 30, 35caucvgrlem2 12077 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( Im `  ( F `  n )
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F ) ) )
3725, 27, 29, 36rlimmul 12048 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( _i  x.  (
Im `  ( F `  n ) ) ) )  ~~> r  ( _i  x.  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F
) ) ) )
389, 11, 22, 37rlimadd 12046 . . 3  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( ( Re `  ( F `  n ) )  +  ( _i  x.  ( Im `  ( F `  n ) ) ) ) )  ~~> r  ( (  ~~> r  `  ( Re  o.  F
) )  +  ( _i  x.  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F
) ) ) ) )
397, 38eqbrtrd 3983 . 2  |-  ( ph  ->  F  ~~> r  ( (  ~~> r  `  ( Re  o.  F ) )  +  ( _i  x.  ( 
~~> r  `  ( Im  o.  F ) ) ) ) )
40 rlimrel 11897 . . 3  |-  Rel  ~~> r
4140releldmi 4868 . 2  |-  ( F  ~~> r  ( (  ~~> r  `  ( Re  o.  F
) )  +  ( _i  x.  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F
) ) ) )  ->  F  e.  dom  ~~> r  )
4239, 41syl 17 1  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~> r  )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 6    /\ wa 360    = wceq 1619    e. wcel 1621   A.wral 2516   E.wrex 2517   _Vcvv 2740    C_ wss 3094   class class class wbr 3963    e. cmpt 4017   dom cdm 4626    o. ccom 4630   -->wf 4634   ` cfv 4638  (class class class)co 5757   supcsup 7126   CCcc 8668   RRcr 8669   _ici 8672    + caddc 8673    x. cmul 8675    +oocpnf 8797   RR*cxr 8799    < clt 8800    <_ cle 8801    - cmin 8970   RR+crp 10286   Recre 11512   Imcim 11513   abscabs 11649    ~~> r crli 11889
This theorem is referenced by:  caucvg  12081  dvfsumrlim  19305
This theorem was proved from axioms:  ax-1 7  ax-2 8  ax-3 9  ax-mp 10  ax-5 1533  ax-6 1534  ax-7 1535  ax-gen 1536  ax-8 1623  ax-11 1624  ax-13 1625  ax-14 1626  ax-17 1628  ax-12o 1664  ax-10 1678  ax-9 1684  ax-4 1692  ax-16 1927  ax-ext 2237  ax-sep 4081  ax-nul 4089  ax-pow 4126  ax-pr 4152  ax-un 4449  ax-cnex 8726  ax-resscn 8727  ax-1cn 8728  ax-icn 8729  ax-addcl 8730  ax-addrcl 8731  ax-mulcl 8732  ax-mulrcl 8733  ax-mulcom 8734  ax-addass 8735  ax-mulass 8736  ax-distr 8737  ax-i2m1 8738  ax-1ne0 8739  ax-1rid 8740  ax-rnegex 8741  ax-rrecex 8742  ax-cnre 8743  ax-pre-lttri 8744  ax-pre-lttrn 8745  ax-pre-ltadd 8746  ax-pre-mulgt0 8747  ax-pre-sup 8748  ax-addf 8749  ax-mulf 8750
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 940  df-3an 941  df-tru 1315  df-ex 1538  df-nf 1540  df-sb 1884  df-eu 2121  df-mo 2122  df-clab 2243  df-cleq 2249  df-clel 2252  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2422  df-ral 2520  df-rex 2521  df-reu 2522  df-rab 2523  df-v 2742  df-sbc 2936  df-csb 3024  df-dif 3097  df-un 3099  df-in 3101  df-ss 3108  df-pss 3110  df-nul 3398  df-if 3507  df-pw 3568  df-sn 3587  df-pr 3588  df-tp 3589  df-op 3590  df-uni 3769  df-iun 3848  df-br 3964  df-opab 4018  df-mpt 4019  df-tr 4054  df-eprel 4242  df-id 4246  df-po 4251  df-so 4252  df-fr 4289  df-we 4291  df-ord 4332  df-on 4333  df-lim 4334  df-suc 4335  df-om 4594  df-xp 4640  df-rel 4641  df-cnv 4642  df-co 4643  df-dm 4644  df-rn 4645  df-res 4646  df-ima 4647  df-fun 4648  df-fn 4649  df-f 4650  df-f1 4651  df-fo 4652  df-f1o 4653  df-fv 4654  df-ov 5760  df-oprab 5761  df-mpt2 5762  df-2nd 6022  df-iota 6190  df-riota 6237  df-recs 6321  df-rdg 6356  df-er 6593  df-pm 6708  df-en 6797  df-dom 6798  df-sdom 6799  df-sup 7127  df-pnf 8802  df-mnf 8803  df-xr 8804  df-ltxr 8805  df-le 8806  df-sub 8972  df-neg 8973  df-div 9357  df-n 9680  df-2 9737  df-3 9738  df-n0 9898  df-z 9957  df-uz 10163  df-rp 10287  df-ico 10593  df-seq 10978  df-exp 11036  df-cj 11514  df-re 11515  df-im 11516  df-sqr 11650  df-abs 11651  df-limsup 11875  df-rlim 11893
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