Theorem caucvgr 15032

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	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
caucvgr.2	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
caucvgr.3	⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
caucvgr.4	⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝐴 ∀𝑘 ∈ 𝐴 (𝑗 ≤ 𝑘 → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥))

Assertion

Ref	Expression
caucvgr	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ dom ⇝𝑟 )

Distinct variable groups:   𝑗,𝑘,𝑥,𝐴   𝑗,𝐹,𝑘,𝑥   𝜑,𝑗,𝑘,𝑥

Proof of Theorem caucvgr

Dummy variable 𝑛 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		caucvgr.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
2	1	feqmptd 6733	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ (𝐹‘𝑛)))
3	1	ffvelrnda 6851	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝐴) → (𝐹‘𝑛) ∈ ℂ)
4	3	replimd 14556	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝐴) → (𝐹‘𝑛) = ((ℜ‘(𝐹‘𝑛)) + (i · (ℑ‘(𝐹‘𝑛)))))
5	4	mpteq2dva 5161	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ (𝐹‘𝑛)) = (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ ((ℜ‘(𝐹‘𝑛)) + (i · (ℑ‘(𝐹‘𝑛))))))
6	2, 5	eqtrd 2856	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ ((ℜ‘(𝐹‘𝑛)) + (i · (ℑ‘(𝐹‘𝑛))))))
7		fvexd 6685	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝐴) → (ℜ‘(𝐹‘𝑛)) ∈ V)
8		ovexd 7191	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝐴) → (i · (ℑ‘(𝐹‘𝑛))) ∈ V)
9		caucvgr.1	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
10		caucvgr.3	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
11		caucvgr.4	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝐴 ∀𝑘 ∈ 𝐴 (𝑗 ≤ 𝑘 → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥))
12		ref 14471	. . . . 5 ⊢ ℜ:ℂ⟶ℝ
13		resub 14486	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (ℜ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) = ((ℜ‘(𝐹‘𝑘)) − (ℜ‘(𝐹‘𝑗))))
14	13	fveq2d 6674	. . . . . 6 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘(ℜ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)))) = (abs‘((ℜ‘(𝐹‘𝑘)) − (ℜ‘(𝐹‘𝑗)))))
15		subcl 10885	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → ((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ)
16		absrele 14668	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ → (abs‘(ℜ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
17	15, 16	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘(ℜ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
18	14, 17	eqbrtrrd 5090	. . . . 5 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘((ℜ‘(𝐹‘𝑘)) − (ℜ‘(𝐹‘𝑗)))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
19	9, 1, 10, 11, 12, 18	caucvgrlem2 15031	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ (ℜ‘(𝐹‘𝑛))) ⇝𝑟 ( ⇝𝑟 ‘(ℜ ∘ 𝐹)))
20		ax-icn 10596	. . . . . . 7 ⊢ i ∈ ℂ
21	20	elexi 3513	. . . . . 6 ⊢ i ∈ V
22	21	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝐴) → i ∈ V)
23		fvexd 6685	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝐴) → (ℑ‘(𝐹‘𝑛)) ∈ V)
24		rlimconst 14901	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ i ∈ ℂ) → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ i) ⇝𝑟 i)
25	9, 20, 24	sylancl 588	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ i) ⇝𝑟 i)
26		imf 14472	. . . . . 6 ⊢ ℑ:ℂ⟶ℝ
27		imsub 14494	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (ℑ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) = ((ℑ‘(𝐹‘𝑘)) − (ℑ‘(𝐹‘𝑗))))
28	27	fveq2d 6674	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘(ℑ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)))) = (abs‘((ℑ‘(𝐹‘𝑘)) − (ℑ‘(𝐹‘𝑗)))))
29		absimle 14669	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ → (abs‘(ℑ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
30	15, 29	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘(ℑ‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
31	28, 30	eqbrtrrd 5090	. . . . . 6 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘((ℑ‘(𝐹‘𝑘)) − (ℑ‘(𝐹‘𝑗)))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
32	9, 1, 10, 11, 26, 31	caucvgrlem2 15031	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ (ℑ‘(𝐹‘𝑛))) ⇝𝑟 ( ⇝𝑟 ‘(ℑ ∘ 𝐹)))
33	22, 23, 25, 32	rlimmul 15001	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ (i · (ℑ‘(𝐹‘𝑛)))) ⇝𝑟 (i · ( ⇝𝑟 ‘(ℑ ∘ 𝐹))))
34	7, 8, 19, 33	rlimadd 14999	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝐴 ↦ ((ℜ‘(𝐹‘𝑛)) + (i · (ℑ‘(𝐹‘𝑛))))) ⇝𝑟 (( ⇝𝑟 ‘(ℜ ∘ 𝐹)) + (i · ( ⇝𝑟 ‘(ℑ ∘ 𝐹)))))
35	6, 34	eqbrtrd 5088	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝𝑟 (( ⇝𝑟 ‘(ℜ ∘ 𝐹)) + (i · ( ⇝𝑟 ‘(ℑ ∘ 𝐹)))))
36		rlimrel 14850	. . 3 ⊢ Rel ⇝𝑟
37	36	releldmi 5818	. 2 ⊢ (𝐹 ⇝𝑟 (( ⇝𝑟 ‘(ℜ ∘ 𝐹)) + (i · ( ⇝𝑟 ‘(ℑ ∘ 𝐹)))) → 𝐹 ∈ dom ⇝𝑟 )
38	35, 37	syl 17	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ dom ⇝𝑟 )

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1537   ∈ wcel 2114  ∀wral 3138  ∃wrex 3139  Vcvv 3494   ⊆ wss 3936   class class class wbr 5066   ↦ cmpt 5146  dom cdm 5555   ∘ ccom 5559  ⟶wf 6351  ‘cfv 6355  (class class class)co 7156  supcsup 8904  ℂcc 10535  ℝcr 10536  ici 10539   + caddc 10540   · cmul 10542  +∞cpnf 10672  ℝ^*cxr 10674   < clt 10675   ≤ cle 10676   − cmin 10870  ℝ⁺crp 12390  ℜcre 14456  ℑcim 14457  abscabs 14593   ⇝_𝑟 crli 14842

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2793  ax-sep 5203  ax-nul 5210  ax-pow 5266  ax-pr 5330  ax-un 7461  ax-cnex 10593  ax-resscn 10594  ax-1cn 10595  ax-icn 10596  ax-addcl 10597  ax-addrcl 10598  ax-mulcl 10599  ax-mulrcl 10600  ax-mulcom 10601  ax-addass 10602  ax-mulass 10603  ax-distr 10604  ax-i2m1 10605  ax-1ne0 10606  ax-1rid 10607  ax-rnegex 10608  ax-rrecex 10609  ax-cnre 10610  ax-pre-lttri 10611  ax-pre-lttrn 10612  ax-pre-ltadd 10613  ax-pre-mulgt0 10614  ax-pre-sup 10615  ax-addf 10616  ax-mulf 10617

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2654  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4839  df-iun 4921  df-br 5067  df-opab 5129  df-mpt 5147  df-tr 5173  df-id 5460  df-eprel 5465  df-po 5474  df-so 5475  df-fr 5514  df-we 5516  df-xp 5561  df-rel 5562  df-cnv 5563  df-co 5564  df-dm 5565  df-rn 5566  df-res 5567  df-ima 5568  df-pred 6148  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6314  df-fun 6357  df-fn 6358  df-f 6359  df-f1 6360  df-fo 6361  df-f1o 6362  df-fv 6363  df-riota 7114  df-ov 7159  df-oprab 7160  df-mpo 7161  df-om 7581  df-2nd 7690  df-wrecs 7947  df-recs 8008  df-rdg 8046  df-er 8289  df-pm 8409  df-en 8510  df-dom 8511  df-sdom 8512  df-sup 8906  df-inf 8907  df-pnf 10677  df-mnf 10678  df-xr 10679  df-ltxr 10680  df-le 10681  df-sub 10872  df-neg 10873  df-div 11298  df-nn 11639  df-2 11701  df-3 11702  df-n0 11899  df-z 11983  df-uz 12245  df-rp 12391  df-ico 12745  df-seq 13371  df-exp 13431  df-cj 14458  df-re 14459  df-im 14460  df-sqrt 14594  df-abs 14595  df-limsup 14828  df-rlim 14846

This theorem is referenced by:  caucvg  15035  dvfsumrlim  24628