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Theorem caucvgr 12164
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
Dummy variable  n is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 caucvgr.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  F : A --> CC )
21feqmptd 5591 . . . 4  |-  ( ph  ->  F  =  ( n  e.  A  |->  ( F `
 n ) ) )
3 ffvelrn 5679 . . . . . . 7  |-  ( ( F : A --> CC  /\  n  e.  A )  ->  ( F `  n
)  e.  CC )
41, 3sylan 457 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  ( F `  n )  e.  CC )
54replimd 11698 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  ( F `  n )  =  ( ( Re
`  ( F `  n ) )  +  ( _i  x.  (
Im `  ( F `  n ) ) ) ) )
65mpteq2dva 4122 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( F `  n
) )  =  ( n  e.  A  |->  ( ( Re `  ( F `  n )
)  +  ( _i  x.  ( Im `  ( F `  n ) ) ) ) ) )
72, 6eqtrd 2328 . . 3  |-  ( ph  ->  F  =  ( n  e.  A  |->  ( ( Re `  ( F `
 n ) )  +  ( _i  x.  ( Im `  ( F `
 n ) ) ) ) ) )
8 fvex 5555 . . . . 5  |-  ( Re
`  ( F `  n ) )  e. 
_V
98a1i 10 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  (
Re `  ( F `  n ) )  e. 
_V )
10 ovex 5899 . . . . 5  |-  ( _i  x.  ( Im `  ( F `  n ) ) )  e.  _V
1110a1i 10 . . . 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 11613 . . . . 5  |-  Re : CC
--> RR
16 resub 11628 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( Re `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  =  ( ( Re `  ( F `
 k ) )  -  ( Re `  ( F `  j ) ) ) )
1716fveq2d 5545 . . . . . 6  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Re `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  =  ( abs `  ( ( Re `  ( F `  k ) )  -  ( Re
`  ( F `  j ) ) ) ) )
18 subcl 9067 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( ( F `  k )  -  ( F `  j )
)  e.  CC )
19 absrele 11809 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  -  ( F `
 j ) )  e.  CC  ->  ( abs `  ( Re `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )  <_ 
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) ) )
2018, 19syl 15 . . . . . 6  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Re `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  <_  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )
2117, 20eqbrtrrd 4061 . . . . 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 12163 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( Re `  ( F `  n )
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( Re  o.  F ) ) )
23 ax-icn 8812 . . . . . . 7  |-  _i  e.  CC
2423elexi 2810 . . . . . 6  |-  _i  e.  _V
2524a1i 10 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  _i  e.  _V )
26 fvex 5555 . . . . . 6  |-  ( Im
`  ( F `  n ) )  e. 
_V
2726a1i 10 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  A )  ->  (
Im `  ( F `  n ) )  e. 
_V )
28 rlimconst 12034 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  RR  /\  _i  e.  CC )  ->  (
n  e.  A  |->  _i )  ~~> r  _i )
2912, 23, 28sylancl 643 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  _i )  ~~> r  _i )
30 imf 11614 . . . . . 6  |-  Im : CC
--> RR
31 imsub 11636 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( Im `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) )  =  ( ( Im `  ( F `
 k ) )  -  ( Im `  ( F `  j ) ) ) )
3231fveq2d 5545 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Im `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  =  ( abs `  ( ( Im `  ( F `  k ) )  -  ( Im
`  ( F `  j ) ) ) ) )
33 absimle 11810 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( F `  k
)  -  ( F `
 j ) )  e.  CC  ->  ( abs `  ( Im `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )  <_ 
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 j ) ) ) )
3418, 33syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ( ( F `  k
)  e.  CC  /\  ( F `  j )  e.  CC )  -> 
( abs `  (
Im `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j ) ) ) )  <_  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  j )
) ) )
3532, 34eqbrtrrd 4061 . . . . . 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 12163 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( Im `  ( F `  n )
) )  ~~> r  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F ) ) )
3725, 27, 29, 36rlimmul 12134 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  A  |->  ( _i  x.  (
Im `  ( F `  n ) ) ) )  ~~> r  ( _i  x.  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F
) ) ) )
389, 11, 22, 37rlimadd 12132 . . 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 4059 . 2  |-  ( ph  ->  F  ~~> r  ( (  ~~> r  `  ( Re  o.  F ) )  +  ( _i  x.  ( 
~~> r  `  ( Im  o.  F ) ) ) ) )
40 rlimrel 11983 . . 3  |-  Rel  ~~> r
4140releldmi 4931 . 2  |-  ( F  ~~> r  ( (  ~~> r  `  ( Re  o.  F
) )  +  ( _i  x.  (  ~~> r  `  ( Im  o.  F
) ) ) )  ->  F  e.  dom  ~~> r  )
4239, 41syl 15 1  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~> r  )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 358    = wceq 1632    e. wcel 1696   A.wral 2556   E.wrex 2557   _Vcvv 2801    C_ wss 3165   class class class wbr 4039    e. cmpt 4093   dom cdm 4705    o. ccom 4709   -->wf 5267   ` cfv 5271  (class class class)co 5874   supcsup 7209   CCcc 8751   RRcr 8752   _ici 8755    + caddc 8756    x. cmul 8758    +oocpnf 8880   RR*cxr 8882    < clt 8883    <_ cle 8884    - cmin 9053   RR+crp 10370   Recre 11598   Imcim 11599   abscabs 11735    ~~> r crli 11975
This theorem is referenced by:  caucvg  12167  dvfsumrlim  19394
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-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-seq 11063  df-exp 11121  df-cj 11600  df-re 11601  df-im 11602  df-sqr 11736  df-abs 11737  df-limsup 11961  df-rlim 11979
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