Theorem cau3 11825

Description: Convert between three-quantifier and four-quantifier versions of the Cauchy criterion. (In particular, the four-quantifier version has no occurrence of 𝑗 in the assertion, so it can be used with rexanuz 11698 and friends.) (Contributed by Mario Carneiro, 15-Feb-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
cau3.1	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)

Assertion

Ref	Expression
cau3	⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ ∀𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑘)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑚))) < 𝑥))

Distinct variable groups:   𝑗,𝑘,𝑚,𝑥,𝐹   𝑗,𝑀,𝑘,𝑥   𝑗,𝑍,𝑘,𝑥

Allowed substitution hints:   𝑀(𝑚)   𝑍(𝑚)

Proof of Theorem cau3

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cau3.1	. . . 4 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
2		uzssz 9892	. . . 4 ⊢ (ℤ≥‘𝑀) ⊆ ℤ
3	1, 2	eqsstri 3274	. . 3 ⊢ 𝑍 ⊆ ℤ
4		id 19	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
5		eleq1 2297	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑗) → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ))
6		eleq1 2297	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑚) → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ))
7		abssub 11811	. . . 4 ⊢ (((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑘))) = (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
8	7	3adant1 1042	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑘))) = (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
9		abssub 11811	. . . 4 ⊢ (((𝐹‘𝑚) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑚) − (𝐹‘𝑗))) = (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑚))))
10	9	3adant1 1042	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑚) − (𝐹‘𝑗))) = (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑚))))
11		abs3lem 11821	. . . 4 ⊢ ((((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ) ∧ ((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℝ)) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < (𝑥 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑚))) < (𝑥 / 2)) → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑚))) < 𝑥))
12	11	3adant1 1042	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ) ∧ ((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℝ)) → (((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < (𝑥 / 2) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑚))) < (𝑥 / 2)) → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑚))) < 𝑥))
13	3, 4, 5, 6, 8, 10, 12	cau3lem 11824	. 2 ⊢ (⊤ → (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ ∀𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑘)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑚))) < 𝑥)))
14	13	mptru 1407	1 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ ∀𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑘)(abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑚))) < 𝑥))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1398  ⊤wtru 1399   ∈ wcel 2205  ∀wral 2522  ∃wrex 2523   class class class wbr 4114  ‘cfv 5357  (class class class)co 6058  ℂcc 8141  ℝcr 8142   < clt 8324   − cmin 8460   / cdiv 8963  2c2 9305  ℤcz 9594  ℤ_≥cuz 9871  ℝ⁺crp 10004  abscabs 11707

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4230  ax-sep 4233  ax-nul 4241  ax-pow 4292  ax-pr 4327  ax-un 4559  ax-setind 4664  ax-iinf 4715  ax-cnex 8234  ax-resscn 8235  ax-1cn 8236  ax-1re 8237  ax-icn 8238  ax-addcl 8239  ax-addrcl 8240  ax-mulcl 8241  ax-mulrcl 8242  ax-addcom 8243  ax-mulcom 8244  ax-addass 8245  ax-mulass 8246  ax-distr 8247  ax-i2m1 8248  ax-0lt1 8249  ax-1rid 8250  ax-0id 8251  ax-rnegex 8252  ax-precex 8253  ax-cnre 8254  ax-pre-ltirr 8255  ax-pre-ltwlin 8256  ax-pre-lttrn 8257  ax-pre-apti 8258  ax-pre-ltadd 8259  ax-pre-mulgt0 8260  ax-pre-mulext 8261  ax-arch 8262  ax-caucvg 8263

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-nel 2510  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rmo 2530  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3046  df-csb 3142  df-dif 3216  df-un 3218  df-in 3220  df-ss 3227  df-nul 3513  df-if 3625  df-pw 3676  df-sn 3700  df-pr 3701  df-op 3703  df-uni 3920  df-int 3955  df-iun 3998  df-br 4115  df-opab 4177  df-mpt 4178  df-tr 4214  df-id 4419  df-po 4422  df-iso 4423  df-iord 4492  df-on 4494  df-ilim 4495  df-suc 4497  df-iom 4718  df-xp 4760  df-rel 4761  df-cnv 4762  df-co 4763  df-dm 4764  df-rn 4765  df-res 4766  df-ima 4767  df-iota 5317  df-fun 5359  df-fn 5360  df-f 5361  df-f1 5362  df-fo 5363  df-f1o 5364  df-fv 5365  df-riota 6011  df-ov 6061  df-oprab 6062  df-mpo 6063  df-1st 6347  df-2nd 6348  df-recs 6549  df-frec 6635  df-pnf 8326  df-mnf 8327  df-xr 8328  df-ltxr 8329  df-le 8330  df-sub 8462  df-neg 8463  df-reap 8866  df-ap 8873  df-div 8964  df-inn 9255  df-2 9313  df-3 9314  df-4 9315  df-n0 9514  df-z 9595  df-uz 9872  df-rp 10005  df-seqfrec 10834  df-exp 10925  df-cj 11552  df-re 11553  df-im 11554  df-rsqrt 11708  df-abs 11709

This theorem is referenced by:  cau4  11826  serf0  12062