Theorem caubnd2 15405

Description: A Cauchy sequence of complex numbers is eventually bounded. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Feb-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
cau3.1	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)

Assertion

Ref	Expression
caubnd2	⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		1rp 13016	. . 3 ⊢ 1 ∈ ℝ+
2		breq2 5114	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 1 → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥 ↔ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1))
3	2	anbi2d 641	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 1 → (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) ↔ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)))
4	3	rexralbidv 3237	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 1 → (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)))
5	4	rspcv 3586	. . 3 ⊢ (1 ∈ ℝ+ → (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)))
6	1, 5	ax-mp 5	. 2 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1))
7		eluzelz 12868	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑗 ∈ ℤ)
8		cau3.1	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
9	7, 8	eleq2s 2887	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑍 → 𝑗 ∈ ℤ)
10		uzid 12873	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑗))
11	9, 10	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑍 → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑗))
12		simpl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
13	12	ralimi 3108	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
14		fveq2 6879	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑗))
15	14	eleq1d 2854	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ))
16	15	rspcva 3588	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑗) ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
17	11, 13, 16	syl2an 607	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
18		abscl 15325	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ)
19	17, 18	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ)
20		1re 11204	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℝ
21		readdcl 11179	. . . . . . 7 ⊢ (((abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1) ∈ ℝ)
22	19, 20, 21	sylancl 597	. . . . . 6 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1) ∈ ℝ)
23		simpr 489	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
24		simplr 780	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
25		abs2dif 15380	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
26	23, 24, 25	syl2anc 595	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
27		abscl 15325	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ)
28	23, 27	syl 18	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ)
29	24, 18	syl 18	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ)
30	28, 29	resubcld 11638	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ)
31	23, 24	subcld 11565	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ)
32		abscl 15325	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ)
33	31, 32	syl 18	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ)
34		lelttr 11296	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1))
35	20, 34	mp3an3 1476	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ) → ((((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1))
36	30, 33, 35	syl2anc 595	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1))
37	26, 36	mpand 707	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1 → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1))
38		ltsubadd2 11681	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((abs‘(𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ ∧ (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → (((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1 ↔ (abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
39	20, 38	mp3an3 1476	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((abs‘(𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ ∧ (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ) → (((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1 ↔ (abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
40	28, 29, 39	syl2anc 595	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1 ↔ (abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
41	37, 40	sylibd 242	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1 → (abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
42	41	expimpd 458	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
43	42	ralimdv 3185	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
44	43	impancom 456	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → ((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)))
45	17, 44	mpd 16	. . . . . 6 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1))
46		brralrspcev 5172	. . . . . 6 ⊢ ((((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦)
47	22, 45, 46	syl2anc 595	. . . . 5 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦)
48	47	ex 417	. . . 4 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑍 → (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦))
49	48	reximia 3106	. . 3 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦)
50		rexcom 3300	. . 3 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦 ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦)
51	49, 50	sylib 221	. 2 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦)
52	6, 51	syl 18	1 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∃𝑗 ∈ 𝑍 ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(abs‘(𝐹‘𝑘)) < 𝑦)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1567   ∈ wcel 2149  ∀wral 3085  ∃wrex 3095   class class class wbr 5110  ‘cfv 6534  (class class class)co 7408  ℂcc 11094  ℝcr 11095  1c1 11097   + caddc 11099   < clt 11239   ≤ cle 11240   − cmin 11437  ℤcz 12587  ℤ_≥cuz 12858  ℝ⁺crp 13012  abscabs 15281

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-sep 5258  ax-nul 5268  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7730  ax-cnex 11152  ax-resscn 11153  ax-1cn 11154  ax-icn 11155  ax-addcl 11156  ax-addrcl 11157  ax-mulcl 11158  ax-mulrcl 11159  ax-mulcom 11160  ax-addass 11161  ax-mulass 11162  ax-distr 11163  ax-i2m1 11164  ax-1ne0 11165  ax-1rid 11166  ax-rnegex 11167  ax-rrecex 11168  ax-cnre 11169  ax-pre-lttri 11170  ax-pre-lttrn 11171  ax-pre-ltadd 11172  ax-pre-mulgt0 11173  ax-pre-sup 11174

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3424  df-v 3465  df-sbc 3754  df-csb 3862  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3933  df-nul 4295  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4874  df-iun 4959  df-br 5111  df-opab 5175  df-mpt 5194  df-tr 5220  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6300  df-ord 6361  df-on 6362  df-lim 6363  df-suc 6364  df-iota 6490  df-fun 6536  df-fn 6537  df-f 6538  df-f1 6539  df-fo 6540  df-f1o 6541  df-fv 6542  df-riota 7365  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-om 7859  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-er 8690  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-sup 9398  df-pnf 11241  df-mnf 11242  df-xr 11243  df-ltxr 11244  df-le 11245  df-sub 11439  df-neg 11440  df-div 11868  df-nn 12230  df-2 12299  df-3 12300  df-n0 12501  df-z 12588  df-uz 12859  df-rp 13013  df-seq 14034  df-exp 14094  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283

This theorem is referenced by:  caubnd  15406