Theorem climrecvg1n 11358

Description: A Cauchy sequence of real numbers converges, existence version. The rate of convergence is fixed: all terms after the nth term must be within C / n of the nth term, where C is a constant multiplier. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Aug-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
climrecvg1n.f	|- ( ph -> F : NN --> RR )
climrecvg1n.c	|- ( ph -> C e. RR+ )
climrecvg1n.cau	|- ( ph -> A. n e. NN A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( abs ` ( ( F ` k ) - ( F ` n ) ) ) < ( C / n ) )

Assertion

Ref	Expression
climrecvg1n	|- ( ph -> F e. dom ~~> )

Distinct variable groups:   C, k, n   k, F, n   ph, k, n

Proof of Theorem climrecvg1n

Dummy variables e i j y are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		climrecvg1n.f	. . 3 |- ( ph -> F : NN --> RR )
2		climrecvg1n.c	. . 3 |- ( ph -> C e. RR+ )
3		climrecvg1n.cau	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> A. n e. NN A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( abs ` ( ( F ` k ) - ( F ` n ) ) ) < ( C / n ) )
4	3	r19.21bi 2565	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. NN ) -> A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( abs ` ( ( F ` k ) - ( F ` n ) ) ) < ( C / n ) )
5	4	r19.21bi 2565	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( abs ` ( ( F ` k ) - ( F ` n ) ) ) < ( C / n ) )
6	1	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> F : NN --> RR )
7		eluznn 9602	. . . . . . . . . 10 |- ( ( n e. NN /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> k e. NN )
8	7	adantll 476	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> k e. NN )
9	6, 8	ffvelcdmd 5654	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( F ` k ) e. RR )
10		simplr 528	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> n e. NN )
11	6, 10	ffvelcdmd 5654	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( F ` n ) e. RR )
12	2	ad2antrr 488	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> C e. RR+ )
13	10	nnrpd 9696	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> n e. RR+ )
14	12, 13	rpdivcld 9716	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( C / n ) e. RR+ )
15	14	rpred 9698	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( C / n ) e. RR )
16	9, 11, 15	absdifltd 11189	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( ( abs ` ( ( F ` k ) - ( F ` n ) ) ) < ( C / n ) <-> ( ( ( F ` n ) - ( C / n ) ) < ( F ` k ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) ) )
17	5, 16	mpbid 147	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( ( ( F ` n ) - ( C / n ) ) < ( F ` k ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) )
18	11, 15, 9	ltsubaddd 8500	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( ( ( F ` n ) - ( C / n ) ) < ( F ` k ) <-> ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( C / n ) ) ) )
19	18	anbi1d 465	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( ( ( ( F ` n ) - ( C / n ) ) < ( F ` k ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) <-> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( C / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) ) )
20	17, 19	mpbid 147	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( C / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) )
21	20	ralrimiva 2550	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. NN ) -> A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( C / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) )
22	21	ralrimiva 2550	. . 3 |- ( ph -> A. n e. NN A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( C / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( C / n ) ) ) )
23	1, 2, 22	cvg1n 10997	. 2 |- ( ph -> E. y e. RR A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) )
24	1	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> F : NN --> RR )
25	24	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> F : NN --> RR )
26		eluznn 9602	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( i e. NN /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> j e. NN )
27	26	adantll 476	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> j e. NN )
28	25, 27	ffvelcdmd 5654	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> ( F ` j ) e. RR )
29		simpr 110	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> y e. RR )
30	29	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> y e. RR )
31		simpllr 534	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> e e. RR+ )
32	31	rpred 9698	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> e e. RR )
33	28, 30, 32	absdifltd 11189	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> ( ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e <-> ( ( y - e ) < ( F ` j ) /\ ( F ` j ) < ( y + e ) ) ) )
34	30, 32, 28	ltsubaddd 8500	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> ( ( y - e ) < ( F ` j ) <-> y < ( ( F ` j ) + e ) ) )
35	34	anbi1d 465	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> ( ( ( y - e ) < ( F ` j ) /\ ( F ` j ) < ( y + e ) ) <-> ( y < ( ( F ` j ) + e ) /\ ( F ` j ) < ( y + e ) ) ) )
36	33, 35	bitrd 188	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> ( ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e <-> ( y < ( ( F ` j ) + e ) /\ ( F ` j ) < ( y + e ) ) ) )
37		ancom 266	. . . . . . . 8 |- ( ( y < ( ( F ` j ) + e ) /\ ( F ` j ) < ( y + e ) ) <-> ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) )
38	36, 37	bitrdi 196	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) /\ j e. ( ZZ>= ` i ) ) -> ( ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e <-> ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) ) )
39	38	ralbidva 2473	. . . . . 6 |- ( ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) /\ i e. NN ) -> ( A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e <-> A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) ) )
40	39	rexbidva 2474	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ e e. RR+ ) -> ( E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e <-> E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) ) )
41	40	ralbidva 2473	. . . 4 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> ( A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e <-> A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) ) )
42		nnuz 9565	. . . . . 6 |- NN = ( ZZ>= ` 1 )
43		1zzd 9282	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> 1 e. ZZ )
44		nnex 8927	. . . . . . . 8 |- NN e. _V
45	44	a1i 9	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> NN e. _V )
46		reex 7947	. . . . . . . 8 |- RR e. _V
47	46	a1i 9	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> RR e. _V )
48		fex2 5386	. . . . . . 7 |- ( ( F : NN --> RR /\ NN e. _V /\ RR e. _V ) -> F e. _V )
49	24, 45, 47, 48	syl3anc 1238	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> F e. _V )
50		eqidd 2178	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ j e. NN ) -> ( F ` j ) = ( F ` j ) )
51	29	recnd 7988	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> y e. CC )
52	24	ffvelcdmda 5653	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ j e. NN ) -> ( F ` j ) e. RR )
53	52	recnd 7988	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ y e. RR ) /\ j e. NN ) -> ( F ` j ) e. CC )
54	42, 43, 49, 50, 51, 53	clim2c 11294	. . . . 5 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> ( F ~~> y <-> A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e ) )
55		climrel 11290	. . . . . 6 |- Rel ~~>
56	55	releldmi 4868	. . . . 5 |- ( F ~~> y -> F e. dom ~~> )
57	54, 56	syl6bir 164	. . . 4 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> ( A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( abs ` ( ( F ` j ) - y ) ) < e -> F e. dom ~~> ) )
58	41, 57	sylbird 170	. . 3 |- ( ( ph /\ y e. RR ) -> ( A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) -> F e. dom ~~> ) )
59	58	impr 379	. 2 |- ( ( ph /\ ( y e. RR /\ A. e e. RR+ E. i e. NN A. j e. ( ZZ>= ` i ) ( ( F ` j ) < ( y + e ) /\ y < ( ( F ` j ) + e ) ) ) ) -> F e. dom ~~> )
60	23, 59	rexlimddv 2599	1 |- ( ph -> F e. dom ~~> )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   e. wcel 2148   A.wral 2455   E.wrex 2456   _Vcvv 2739   class class class wbr 4005   dom cdm 4628   -->wf 5214   ` cfv 5218  (class class class)co 5877   RRcr 7812   1c1 7814   + caddc 7816   < clt 7994   - cmin 8130   / cdiv 8631   NNcn 8921   ZZ>=cuz 9530   RR+crp 9655   abscabs 11008   ~~> cli 11288

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4120  ax-sep 4123  ax-nul 4131  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-iinf 4589  ax-cnex 7904  ax-resscn 7905  ax-1cn 7906  ax-1re 7907  ax-icn 7908  ax-addcl 7909  ax-addrcl 7910  ax-mulcl 7911  ax-mulrcl 7912  ax-addcom 7913  ax-mulcom 7914  ax-addass 7915  ax-mulass 7916  ax-distr 7917  ax-i2m1 7918  ax-0lt1 7919  ax-1rid 7920  ax-0id 7921  ax-rnegex 7922  ax-precex 7923  ax-cnre 7924  ax-pre-ltirr 7925  ax-pre-ltwlin 7926  ax-pre-lttrn 7927  ax-pre-apti 7928  ax-pre-ltadd 7929  ax-pre-mulgt0 7930  ax-pre-mulext 7931  ax-arch 7932  ax-caucvg 7933

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2741  df-sbc 2965  df-csb 3060  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-nul 3425  df-if 3537  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-iun 3890  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-tr 4104  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-iord 4368  df-on 4370  df-ilim 4371  df-suc 4373  df-iom 4592  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-f1 5223  df-fo 5224  df-f1o 5225  df-fv 5226  df-riota 5833  df-ov 5880  df-oprab 5881  df-mpo 5882  df-1st 6143  df-2nd 6144  df-recs 6308  df-frec 6394  df-pnf 7996  df-mnf 7997  df-xr 7998  df-ltxr 7999  df-le 8000  df-sub 8132  df-neg 8133  df-reap 8534  df-ap 8541  df-div 8632  df-inn 8922  df-2 8980  df-3 8981  df-4 8982  df-n0 9179  df-z 9256  df-uz 9531  df-rp 9656  df-seqfrec 10448  df-exp 10522  df-cj 10853  df-re 10854  df-im 10855  df-rsqrt 11009  df-abs 11010  df-clim 11289

This theorem is referenced by:  climcvg1nlem  11359