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Theorem caubnd

Description: A Cauchy sequence of complex numbers is bounded. (Contributed by NM, 4-Apr-2005) (Revised by Mario Carneiro, 14-Feb-2014)

Ref Expression
Hypothesis cau3.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
Assertion caubnd ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cau3.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 abscl ⊢ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k ∈ ℝ
3 2 ralimi ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ
4 1 r19.29uz ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ ∧ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
5 4 ex ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
6 5 ralimdv ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
7 1 caubnd2 ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ z ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z
8 6 7 syl6 ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ z ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z
9 fzssuz ⊢ M … j ⊆ ℤ ≥ M
10 9 1 sseqtrri ⊢ M … j ⊆ Z
11 ssralv ⊢ M … j ⊆ Z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ
12 10 11 ax-mp ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ
13 fzfi ⊢ M … j ∈ Fin
14 fimaxre3 ⊢ M … j ∈ Fin ∧ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x
15 13 14 mpan ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x
16 peano2re ⊢ x ∈ ℝ → x + 1 ∈ ℝ
17 16 adantl ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → x + 1 ∈ ℝ
18 ltp1 ⊢ x ∈ ℝ → x < x + 1
19 18 adantl ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → x < x + 1
20 16 adantl ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → x + 1 ∈ ℝ
21 lelttr ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ ∧ x + 1 ∈ ℝ → F ⁡ k ≤ x ∧ x < x + 1 → F ⁡ k < x + 1
22 20 21 mpd3an3 ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → F ⁡ k ≤ x ∧ x < x + 1 → F ⁡ k < x + 1
23 19 22 mpan2d ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → F ⁡ k ≤ x → F ⁡ k < x + 1
24 23 expcom ⊢ x ∈ ℝ → F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k ≤ x → F ⁡ k < x + 1
25 24 ralimdv ⊢ x ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → F ⁡ k < x + 1
26 25 impcom ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → F ⁡ k < x + 1
27 ralim ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → F ⁡ k < x + 1 → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < x + 1
28 26 27 syl ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < x + 1
29 brralrspcev ⊢ x + 1 ∈ ℝ ∧ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < x + 1 → ∃ w ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w
30 17 28 29 syl6an ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ x ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → ∃ w ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w
31 30 rexlimdva ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ x ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ≤ x → ∃ w ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w
32 15 31 mpd ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ w ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w
33 12 32 syl ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ w ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w
34 max1 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → w ≤ if w ≤ z z w
35 34 3adant3 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → w ≤ if w ≤ z z w
36 simp3 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k ∈ ℝ
37 simp1 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → w ∈ ℝ
38 ifcl ⊢ z ∈ ℝ ∧ w ∈ ℝ → if w ≤ z z w ∈ ℝ
39 38 ancoms ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → if w ≤ z z w ∈ ℝ
40 39 3adant3 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → if w ≤ z z w ∈ ℝ
41 ltletr ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ w ∈ ℝ ∧ if w ≤ z z w ∈ ℝ → F ⁡ k < w ∧ w ≤ if w ≤ z z w → F ⁡ k < if w ≤ z z w
42 36 37 40 41 syl3anc ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k < w ∧ w ≤ if w ≤ z z w → F ⁡ k < if w ≤ z z w
43 35 42 mpan2d ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k < w → F ⁡ k < if w ≤ z z w
44 max2 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → z ≤ if w ≤ z z w
45 44 3adant3 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → z ≤ if w ≤ z z w
46 simp2 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → z ∈ ℝ
47 ltletr ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ if w ≤ z z w ∈ ℝ → F ⁡ k < z ∧ z ≤ if w ≤ z z w → F ⁡ k < if w ≤ z z w
48 36 46 40 47 syl3anc ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k < z ∧ z ≤ if w ≤ z z w → F ⁡ k < if w ≤ z z w
49 45 48 mpan2d ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k < z → F ⁡ k < if w ≤ z z w
50 43 49 jaod ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → F ⁡ k < if w ≤ z z w
51 50 3expia ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → F ⁡ k ∈ ℝ → F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → F ⁡ k < if w ≤ z z w
52 51 ralimdv ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → F ⁡ k < if w ≤ z z w
53 ralim ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → F ⁡ k < if w ≤ z z w → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < if w ≤ z z w
54 52 53 syl6 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < if w ≤ z z w
55 brralrspcev ⊢ if w ≤ z z w ∈ ℝ ∧ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < if w ≤ z z w → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
56 55 ex ⊢ if w ≤ z z w ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < if w ≤ z z w → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
57 39 56 syl ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < if w ≤ z z w → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
58 54 57 syl6d ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
59 uzssz ⊢ ℤ ≥ M ⊆ ℤ
60 1 59 eqsstri ⊢ Z ⊆ ℤ
61 60 sseli ⊢ k ∈ Z → k ∈ ℤ
62 60 sseli ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ
63 uztric ⊢ k ∈ ℤ ∧ j ∈ ℤ → j ∈ ℤ ≥ k ∨ k ∈ ℤ ≥ j
64 61 62 63 syl2anr ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ Z → j ∈ ℤ ≥ k ∨ k ∈ ℤ ≥ j
65 simpr ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ Z → k ∈ Z
66 65 1 eleqtrdi ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ Z → k ∈ ℤ ≥ M
67 elfzuzb ⊢ k ∈ M … j ↔ k ∈ ℤ ≥ M ∧ j ∈ ℤ ≥ k
68 67 baib ⊢ k ∈ ℤ ≥ M → k ∈ M … j ↔ j ∈ ℤ ≥ k
69 66 68 syl ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ Z → k ∈ M … j ↔ j ∈ ℤ ≥ k
70 69 orbi1d ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ Z → k ∈ M … j ∨ k ∈ ℤ ≥ j ↔ j ∈ ℤ ≥ k ∨ k ∈ ℤ ≥ j
71 64 70 mpbird ⊢ j ∈ Z ∧ k ∈ Z → k ∈ M … j ∨ k ∈ ℤ ≥ j
72 71 ex ⊢ j ∈ Z → k ∈ Z → k ∈ M … j ∨ k ∈ ℤ ≥ j
73 pm3.48 ⊢ k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z → k ∈ M … j ∨ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z
74 72 73 syl9 ⊢ j ∈ Z → k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z → k ∈ Z → F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z
75 74 alimdv ⊢ j ∈ Z → ∀ k k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z → ∀ k k ∈ Z → F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z
76 df-ral ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w ↔ ∀ k k ∈ M … j → F ⁡ k < w
77 df-ral ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z ↔ ∀ k k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z
78 76 77 anbi12i ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z ↔ ∀ k k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ ∀ k k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z
79 19.26 ⊢ ∀ k k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z ↔ ∀ k k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ ∀ k k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z
80 78 79 bitr4i ⊢ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z ↔ ∀ k k ∈ M … j → F ⁡ k < w ∧ k ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ k < z
81 df-ral ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z ↔ ∀ k k ∈ Z → F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z
82 75 80 81 3imtr4g ⊢ j ∈ Z → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z
83 82 3impib ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z
84 83 imim1i ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y → j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
85 84 3expd ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < w ∨ F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y → j ∈ Z → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
86 58 85 syl6 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → j ∈ Z → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
87 86 com23 ⊢ w ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → j ∈ Z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
88 87 expimpd ⊢ w ∈ ℝ → z ∈ ℝ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
89 88 com3r ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → w ∈ ℝ → z ∈ ℝ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
90 89 com34 ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → w ∈ ℝ → ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → z ∈ ℝ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
91 90 rexlimdv ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ w ∈ ℝ ∀ k ∈ M … j F ⁡ k < w → z ∈ ℝ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
92 33 91 mpd ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → z ∈ ℝ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
93 92 rexlimdvv ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℝ → ∃ z ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < z → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
94 3 8 93 sylsyld ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y
95 94 imp ⊢ ∀ k ∈ Z F ⁡ k ∈ ℂ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ Z F ⁡ k < y