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

Theorem caurcvgr 14448
Description: A Cauchy sequence of real numbers converges to its limit supremum. The third hypothesis specifies that 𝐹 is a Cauchy sequence. (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2016.) (Revised by AV, 12-Sep-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
caurcvgr.1 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
caurcvgr.2 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ)
caurcvgr.3 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
caurcvgr.4 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝐴𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥))
Assertion
Ref Expression
caurcvgr (𝜑𝐹𝑟 (lim sup‘𝐹))
Distinct variable groups:   𝑗,𝑘,𝑥,𝐴   𝑗,𝐹,𝑘,𝑥   𝜑,𝑗,𝑘,𝑥

Proof of Theorem caurcvgr
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 caurcvgr.1 . . . . 5 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
2 caurcvgr.2 . . . . 5 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ)
3 caurcvgr.3 . . . . 5 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
4 caurcvgr.4 . . . . 5 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝐴𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥))
5 1rp 11874 . . . . . 6 1 ∈ ℝ+
65a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℝ+)
71, 2, 3, 4, 6caucvgrlem 14447 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑗𝐴 ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · 1))))
8 simpl 472 . . . . 5 (((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · 1))) → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)
98rexlimivw 3058 . . . 4 (∃𝑗𝐴 ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · 1))) → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)
107, 9syl 17 . . 3 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℝ)
1110recnd 10106 . 2 (𝜑 → (lim sup‘𝐹) ∈ ℂ)
121adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 𝐴 ⊆ ℝ)
132adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
143adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
154adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝐴𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥))
16 simpr 476 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 𝑦 ∈ ℝ+)
17 3re 11132 . . . . . . . . 9 3 ∈ ℝ
18 3pos 11152 . . . . . . . . 9 0 < 3
1917, 18elrpii 11873 . . . . . . . 8 3 ∈ ℝ+
20 rpdivcl 11894 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 3 ∈ ℝ+) → (𝑦 / 3) ∈ ℝ+)
2116, 19, 20sylancl 695 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (𝑦 / 3) ∈ ℝ+)
2212, 13, 14, 15, 21caucvgrlem 14447 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗𝐴 ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3)))))
23 simpr 476 . . . . . . 7 (((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3)))) → ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))))
2423reximi 3040 . . . . . 6 (∃𝑗𝐴 ((lim sup‘𝐹) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3)))) → ∃𝑗𝐴𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))))
2522, 24syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗𝐴𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))))
26 ssrexv 3700 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑗𝐴𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3)))))
2712, 25, 26sylc 65 . . . 4 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))))
28 rpcn 11879 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℂ)
2928adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 𝑦 ∈ ℂ)
30 3cn 11133 . . . . . . . . 9 3 ∈ ℂ
3130a1i 11 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 3 ∈ ℂ)
32 3ne0 11153 . . . . . . . . 9 3 ≠ 0
3332a1i 11 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 3 ≠ 0)
3429, 31, 33divcan2d 10841 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (3 · (𝑦 / 3)) = 𝑦)
3534breq2d 4697 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3)) ↔ (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < 𝑦))
3635imbi2d 329 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))) ↔ (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < 𝑦)))
3736rexralbidv 3087 . . . 4 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < (3 · (𝑦 / 3))) ↔ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < 𝑦)))
3827, 37mpbid 222 . . 3 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < 𝑦))
3938ralrimiva 2995 . 2 (𝜑 → ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < 𝑦))
40 ax-resscn 10031 . . . 4 ℝ ⊆ ℂ
41 fss 6094 . . . 4 ((𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ) → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
422, 40, 41sylancl 695 . . 3 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℂ)
43 eqidd 2652 . . 3 ((𝜑𝑘𝐴) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
4442, 1, 43rlim 14270 . 2 (𝜑 → (𝐹𝑟 (lim sup‘𝐹) ↔ ((lim sup‘𝐹) ∈ ℂ ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝐴 (𝑗𝑘 → (abs‘((𝐹𝑘) − (lim sup‘𝐹))) < 𝑦))))
4511, 39, 44mpbir2and 977 1 (𝜑𝐹𝑟 (lim sup‘𝐹))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wne 2823  wral 2941  wrex 2942  wss 3607   class class class wbr 4685  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  supcsup 8387  cc 9972  cr 9973  0cc0 9974  1c1 9975   · cmul 9979  +∞cpnf 10109  *cxr 10111   < clt 10112  cle 10113  cmin 10304   / cdiv 10722  3c3 11109  +crp 11870  abscabs 14018  lim supclsp 14245  𝑟 crli 14260
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-er 7787  df-pm 7902  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-sup 8389  df-inf 8390  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-rp 11871  df-ico 12219  df-seq 12842  df-exp 12901  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-limsup 14246  df-rlim 14264
This theorem is referenced by:  caucvgrlem2  14449  caurcvg  14451
  Copyright terms: Public domain W3C validator