Theorem caubnd2 15308

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 12982	. . 3 ⊢ 1 ∈ ℝ+
2		breq2 5151	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 1 → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥 ↔ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1))
3	2	anbi2d 627	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 1 → (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 𝑥) ↔ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)))
4	3	rexralbidv 3218	. . . 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 3607	. . 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 12836	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑗 ∈ ℤ)
8		cau3.1	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
9	7, 8	eleq2s 2849	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑍 → 𝑗 ∈ ℤ)
10		uzid 12841	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑗))
11	9, 10	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑍 → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑗))
12		simpl 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
13	12	ralimi 3081	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
14		fveq2 6890	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑗))
15	14	eleq1d 2816	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ))
16	15	rspcva 3609	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑗) ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)(𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
17	11, 13, 16	syl2an 594	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
18		abscl 15229	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑗) ∈ ℂ → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ)
19	17, 18	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ)
20		1re 11218	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℝ
21		readdcl 11195	. . . . . . 7 ⊢ (((abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1) ∈ ℝ)
22	19, 20, 21	sylancl 584	. . . . . 6 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1)) → ((abs‘(𝐹‘𝑗)) + 1) ∈ ℝ)
23		simpr 483	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
24		simplr 765	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
25		abs2dif 15283	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
26	23, 24, 25	syl2anc 582	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ≤ (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))))
27		abscl 15229	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ)
28	23, 27	syl 17	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ)
29	24, 18	syl 17	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘(𝐹‘𝑗)) ∈ ℝ)
30	28, 29	resubcld 11646	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ)
31	23, 24	subcld 11575	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ)
32		abscl 15229	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗)) ∈ ℂ → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ)
33	31, 32	syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) ∈ ℝ)
34		lelttr 11308	. . . . . . . . . . . . . 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 1448	. . . . . . . . . . . . 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 582	. . . . . . . . . . . 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 691	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ) ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ((abs‘((𝐹‘𝑘) − (𝐹‘𝑗))) < 1 → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) − (abs‘(𝐹‘𝑗))) < 1))
38		ltsubadd2 11689	. . . . . . . . . . . . 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 1448	. . . . . . . . . . . 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 582	. . . . . . . . . . 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 238	. . . . . . . . . 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 452	. . . . . . . . 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 3167	. . . . . . . 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 450	. . . . . . 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 15	. . . . . 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 5207	. . . . . 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 582	. . . . 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 411	. . . 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 3079	. . 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 3285	. . 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 217	. 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 17	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 205   ∧ wa 394   = wceq 1539   ∈ wcel 2104  ∀wral 3059  ∃wrex 3068   class class class wbr 5147  ‘cfv 6542  (class class class)co 7411  ℂcc 11110  ℝcr 11111  1c1 11113   + caddc 11115   < clt 11252   ≤ cle 11253   − cmin 11448  ℤcz 12562  ℤ_≥cuz 12826  ℝ⁺crp 12978  abscabs 15185

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1911  ax-6 1969  ax-7 2009  ax-8 2106  ax-9 2114  ax-10 2135  ax-11 2152  ax-12 2169  ax-ext 2701  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7727  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189  ax-pre-sup 11190

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2532  df-eu 2561  df-clab 2708  df-cleq 2722  df-clel 2808  df-nfc 2883  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3374  df-reu 3375  df-rab 3431  df-v 3474  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5573  df-eprel 5579  df-po 5587  df-so 5588  df-fr 5630  df-we 5632  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-pred 6299  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7858  df-2nd 7978  df-frecs 8268  df-wrecs 8299  df-recs 8373  df-rdg 8412  df-er 8705  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-sup 9439  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-div 11876  df-nn 12217  df-2 12279  df-3 12280  df-n0 12477  df-z 12563  df-uz 12827  df-rp 12979  df-seq 13971  df-exp 14032  df-cj 15050  df-re 15051  df-im 15052  df-sqrt 15186  df-abs 15187

This theorem is referenced by:  caubnd  15309