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Theorem caubnd2 10446
Description: A Cauchy sequence of complex numbers is eventually bounded. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Feb-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
cau3.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
Assertion
Ref Expression
caubnd2 (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
Distinct variable groups:   𝑗,𝑘,𝑥,𝑦,𝐹   𝑗,𝑀,𝑘,𝑥   𝑗,𝑍,𝑘,𝑥,𝑦
Allowed substitution hint:   𝑀(𝑦)

Proof of Theorem caubnd2
StepHypRef Expression
1 1rp 9070 . . 3 1 ∈ ℝ+
2 breq2 3824 . . . . . 6 (𝑥 = 1 → ((abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥 ↔ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1))
32anbi2d 452 . . . . 5 (𝑥 = 1 → (((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥) ↔ ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)))
43rexralbidv 2400 . . . 4 (𝑥 = 1 → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥) ↔ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)))
54rspcv 2711 . . 3 (1 ∈ ℝ+ → (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)))
61, 5ax-mp 7 . 2 (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1))
7 eluzelz 8960 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑗 ∈ ℤ)
8 cau3.1 . . . . . . . . . . 11 𝑍 = (ℤ𝑀)
97, 8eleq2s 2179 . . . . . . . . . 10 (𝑗𝑍𝑗 ∈ ℤ)
10 uzid 8965 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
119, 10syl 14 . . . . . . . . 9 (𝑗𝑍𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
12 simpl 107 . . . . . . . . . 10 (((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
1312ralimi 2434 . . . . . . . . 9 (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ ℂ)
14 fveq2 5268 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = 𝑗 → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑗))
1514eleq1d 2153 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = 𝑗 → ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹𝑗) ∈ ℂ))
1615rspcva 2713 . . . . . . . . 9 ((𝑗 ∈ (ℤ𝑗) ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
1711, 13, 16syl2an 283 . . . . . . . 8 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)) → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
18 abscl 10380 . . . . . . . 8 ((𝐹𝑗) ∈ ℂ → (abs‘(𝐹𝑗)) ∈ ℝ)
1917, 18syl 14 . . . . . . 7 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)) → (abs‘(𝐹𝑗)) ∈ ℝ)
20 1re 7431 . . . . . . 7 1 ∈ ℝ
21 readdcl 7412 . . . . . . 7 (((abs‘(𝐹𝑗)) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1) ∈ ℝ)
2219, 20, 21sylancl 404 . . . . . 6 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)) → ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1) ∈ ℝ)
23 simpr 108 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
24 simplr 497 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
25 abs2dif 10435 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))))
2623, 24, 25syl2anc 403 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))))
27 abscl 10380 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹𝑘) ∈ ℂ → (abs‘(𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
2823, 27syl 14 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
2924, 18syl 14 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐹𝑗)) ∈ ℝ)
3028, 29resubcld 7803 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ∈ ℝ)
3123, 24subcld 7737 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗)) ∈ ℂ)
32 abscl 10380 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗)) ∈ ℂ → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∈ ℝ)
3331, 32syl 14 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∈ ℝ)
34 lelttr 7517 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ∈ ℝ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1))
3520, 34mp3an3 1260 . . . . . . . . . . . . 13 ((((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ∈ ℝ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∈ ℝ) → ((((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1))
3630, 33, 35syl2anc 403 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1))
3726, 36mpand 420 . . . . . . . . . . 11 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1 → ((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1))
38 ltsubadd2 7855 . . . . . . . . . . . . 13 (((abs‘(𝐹𝑘)) ∈ ℝ ∧ (abs‘(𝐹𝑗)) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → (((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1 ↔ (abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
3920, 38mp3an3 1260 . . . . . . . . . . . 12 (((abs‘(𝐹𝑘)) ∈ ℝ ∧ (abs‘(𝐹𝑗)) ∈ ℝ) → (((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1 ↔ (abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4028, 29, 39syl2anc 403 . . . . . . . . . . 11 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘(𝐹𝑘)) − (abs‘(𝐹𝑗))) < 1 ↔ (abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4137, 40sylibd 147 . . . . . . . . . 10 (((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1 → (abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4241expimpd 355 . . . . . . . . 9 ((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) → (((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → (abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4342ralimdv 2438 . . . . . . . 8 ((𝑗𝑍 ∧ (𝐹𝑗) ∈ ℂ) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4443impancom 256 . . . . . . 7 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)) → ((𝐹𝑗) ∈ ℂ → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4517, 44mpd 13 . . . . . 6 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1))
46 breq2 3824 . . . . . . . 8 (𝑦 = ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1) → ((abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦 ↔ (abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4746ralbidv 2376 . . . . . . 7 (𝑦 = ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)))
4847rspcev 2715 . . . . . 6 ((((abs‘(𝐹𝑗)) + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < ((abs‘(𝐹𝑗)) + 1)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
4922, 45, 48syl2anc 403 . . . . 5 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
5049ex 113 . . . 4 (𝑗𝑍 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦))
5150reximia 2464 . . 3 (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ∃𝑗𝑍𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
52 rexcom 2527 . . 3 (∃𝑗𝑍𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦 ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
5351, 52sylib 120 . 2 (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 1) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
546, 53syl 14 1 (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)((𝐹𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹𝑘) − (𝐹𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(abs‘(𝐹𝑘)) < 𝑦)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 102  wb 103   = wceq 1287  wcel 1436  wral 2355  wrex 2356   class class class wbr 3820  cfv 4981  (class class class)co 5613  cc 7292  cr 7293  1c1 7295   + caddc 7297   < clt 7466  cle 7467  cmin 7597  cz 8683  cuz 8951  +crp 9066  abscabs 10326
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1379  ax-7 1380  ax-gen 1381  ax-ie1 1425  ax-ie2 1426  ax-8 1438  ax-10 1439  ax-11 1440  ax-i12 1441  ax-bndl 1442  ax-4 1443  ax-13 1447  ax-14 1448  ax-17 1462  ax-i9 1466  ax-ial 1470  ax-i5r 1471  ax-ext 2067  ax-coll 3929  ax-sep 3932  ax-nul 3940  ax-pow 3984  ax-pr 4010  ax-un 4234  ax-setind 4326  ax-iinf 4376  ax-cnex 7380  ax-resscn 7381  ax-1cn 7382  ax-1re 7383  ax-icn 7384  ax-addcl 7385  ax-addrcl 7386  ax-mulcl 7387  ax-mulrcl 7388  ax-addcom 7389  ax-mulcom 7390  ax-addass 7391  ax-mulass 7392  ax-distr 7393  ax-i2m1 7394  ax-0lt1 7395  ax-1rid 7396  ax-0id 7397  ax-rnegex 7398  ax-precex 7399  ax-cnre 7400  ax-pre-ltirr 7401  ax-pre-ltwlin 7402  ax-pre-lttrn 7403  ax-pre-apti 7404  ax-pre-ltadd 7405  ax-pre-mulgt0 7406  ax-pre-mulext 7407  ax-arch 7408  ax-caucvg 7409
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 779  df-3or 923  df-3an 924  df-tru 1290  df-fal 1293  df-nf 1393  df-sb 1690  df-eu 1948  df-mo 1949  df-clab 2072  df-cleq 2078  df-clel 2081  df-nfc 2214  df-ne 2252  df-nel 2347  df-ral 2360  df-rex 2361  df-reu 2362  df-rmo 2363  df-rab 2364  df-v 2617  df-sbc 2830  df-csb 2923  df-dif 2990  df-un 2992  df-in 2994  df-ss 3001  df-nul 3276  df-if 3380  df-pw 3417  df-sn 3437  df-pr 3438  df-op 3440  df-uni 3637  df-int 3672  df-iun 3715  df-br 3821  df-opab 3875  df-mpt 3876  df-tr 3912  df-id 4094  df-po 4097  df-iso 4098  df-iord 4167  df-on 4169  df-ilim 4170  df-suc 4172  df-iom 4379  df-xp 4417  df-rel 4418  df-cnv 4419  df-co 4420  df-dm 4421  df-rn 4422  df-res 4423  df-ima 4424  df-iota 4946  df-fun 4983  df-fn 4984  df-f 4985  df-f1 4986  df-fo 4987  df-f1o 4988  df-fv 4989  df-riota 5569  df-ov 5616  df-oprab 5617  df-mpt2 5618  df-1st 5868  df-2nd 5869  df-recs 6024  df-frec 6110  df-pnf 7468  df-mnf 7469  df-xr 7470  df-ltxr 7471  df-le 7472  df-sub 7599  df-neg 7600  df-reap 7993  df-ap 8000  df-div 8079  df-inn 8358  df-2 8416  df-3 8417  df-4 8418  df-n0 8607  df-z 8684  df-uz 8952  df-rp 9067  df-iseq 9780  df-iexp 9854  df-cj 10172  df-re 10173  df-im 10174  df-rsqrt 10327  df-abs 10328
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