Theorem cau3 11677

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 11550 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 9776	. . . 4 ⊢ (ℤ≥‘𝑀) ⊆ ℤ
3	1, 2	eqsstri 3259	. . 3 ⊢ 𝑍 ⊆ ℤ
4		id 19	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
5		eleq1 2294	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑗) → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ))
6		eleq1 2294	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑚) → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ))
7		abssub 11663	. . . 4 ⊢ (((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑘))) = (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
8	7	3adant1 1041	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑘))) = (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
9		abssub 11663	. . . 4 ⊢ (((𝐹‘𝑚) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑚) − (𝐹‘𝑗))) = (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑚))))
10	9	3adant1 1041	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑚) − (𝐹‘𝑗))) = (abs‘((𝐹‘𝑗) − (𝐹‘𝑚))))
11		abs3lem 11673	. . . 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 1041	. . 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 11676	. 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 1406	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 1397  ⊤wtru 1398   ∈ wcel 2202  ∀wral 2510  ∃wrex 2511   class class class wbr 4088  ‘cfv 5326  (class class class)co 6018  ℂcc 8030  ℝcr 8031   < clt 8214   − cmin 8350   / cdiv 8852  2c2 9194  ℤcz 9479  ℤ_≥cuz 9755  ℝ⁺crp 9888  abscabs 11559

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 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4204  ax-sep 4207  ax-nul 4215  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-iinf 4686  ax-cnex 8123  ax-resscn 8124  ax-1cn 8125  ax-1re 8126  ax-icn 8127  ax-addcl 8128  ax-addrcl 8129  ax-mulcl 8130  ax-mulrcl 8131  ax-addcom 8132  ax-mulcom 8133  ax-addass 8134  ax-mulass 8135  ax-distr 8136  ax-i2m1 8137  ax-0lt1 8138  ax-1rid 8139  ax-0id 8140  ax-rnegex 8141  ax-precex 8142  ax-cnre 8143  ax-pre-ltirr 8144  ax-pre-ltwlin 8145  ax-pre-lttrn 8146  ax-pre-apti 8147  ax-pre-ltadd 8148  ax-pre-mulgt0 8149  ax-pre-mulext 8150  ax-arch 8151  ax-caucvg 8152

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 842  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-if 3606  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-iun 3972  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-tr 4188  df-id 4390  df-po 4393  df-iso 4394  df-iord 4463  df-on 4465  df-ilim 4466  df-suc 4468  df-iom 4689  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-f1 5331  df-fo 5332  df-f1o 5333  df-fv 5334  df-riota 5971  df-ov 6021  df-oprab 6022  df-mpo 6023  df-1st 6303  df-2nd 6304  df-recs 6471  df-frec 6557  df-pnf 8216  df-mnf 8217  df-xr 8218  df-ltxr 8219  df-le 8220  df-sub 8352  df-neg 8353  df-reap 8755  df-ap 8762  df-div 8853  df-inn 9144  df-2 9202  df-3 9203  df-4 9204  df-n0 9403  df-z 9480  df-uz 9756  df-rp 9889  df-seqfrec 10711  df-exp 10802  df-cj 11404  df-re 11405  df-im 11406  df-rsqrt 11560  df-abs 11561

This theorem is referenced by:  cau4  11678  serf0  11914