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Theorem caurcvg2

Description: A Cauchy sequence of real numbers converges, existence version. (Contributed by NM, 4-Apr-2005) (Revised by Mario Carneiro, 7-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses caucvg.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
caurcvg2.2 ⊢ φ → F ∈ V
caurcvg2.3 ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
Assertion caurcvg2 ⊢ φ → F ∈ dom ⁡ ⇝

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 caucvg.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 caurcvg2.2 ⊢ φ → F ∈ V
3 caurcvg2.3 ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
4 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
5 4 ne0ii ⊢ ℝ + ≠ ∅
6 r19.2z ⊢ ℝ + ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
7 5 3 6 sylancr ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x
8 simpl ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → F ⁡ k ∈ ℝ
9 8 ralimi ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ
10 eqid ⊢ ℤ ≥ j = ℤ ≥ j
11 simprr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ
12 fveq2 ⊢ k = n → F ⁡ k = F ⁡ n
13 12 eleq1d ⊢ k = n → F ⁡ k ∈ ℝ ↔ F ⁡ n ∈ ℝ
14 13 rspccva ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ n ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ n ∈ ℝ
15 11 14 sylan ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ n ∈ ℤ ≥ j → F ⁡ n ∈ ℝ
16 15 fmpttd ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n : ℤ ≥ j ⟶ ℝ
17 fveq2 ⊢ j = m → ℤ ≥ j = ℤ ≥ m
18 fveq2 ⊢ j = m → F ⁡ j = F ⁡ m
19 18 oveq2d ⊢ j = m → F ⁡ k − F ⁡ j = F ⁡ k − F ⁡ m
20 19 fveq2d ⊢ j = m → F ⁡ k − F ⁡ j = F ⁡ k − F ⁡ m
21 20 breq1d ⊢ j = m → F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ F ⁡ k − F ⁡ m < x
22 21 anbi2d ⊢ j = m → F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x
23 17 22 raleqbidv ⊢ j = m → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ ∀ k ∈ ℤ ≥ m F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x
24 23 cbvrexvw ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ ∃ m ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ m F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x
25 fveq2 ⊢ k = i → F ⁡ k = F ⁡ i
26 25 eleq1d ⊢ k = i → F ⁡ k ∈ ℝ ↔ F ⁡ i ∈ ℝ
27 25 fvoveq1d ⊢ k = i → F ⁡ k − F ⁡ m = F ⁡ i − F ⁡ m
28 27 breq1d ⊢ k = i → F ⁡ k − F ⁡ m < x ↔ F ⁡ i − F ⁡ m < x
29 26 28 anbi12d ⊢ k = i → F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x ↔ F ⁡ i ∈ ℝ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
30 29 cbvralvw ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ m F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x ↔ ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℝ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
31 recn ⊢ F ⁡ i ∈ ℝ → F ⁡ i ∈ ℂ
32 31 anim1i ⊢ F ⁡ i ∈ ℝ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
33 32 ralimi ⊢ ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℝ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
34 30 33 sylbi ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ m F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x → ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
35 34 reximi ⊢ ∃ m ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ m F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ m < x → ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
36 24 35 sylbi ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
37 36 ralimi ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
38 3 37 syl ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
39 38 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
40 1 10 cau4 ⊢ j ∈ Z → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x ↔ ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
41 40 ad2antrl ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ Z ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x ↔ ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
42 39 41 mpbid ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x
43 simpr ⊢ F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → F ⁡ i − F ⁡ m < x
44 10 uztrn2 ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → i ∈ ℤ ≥ j
45 fveq2 ⊢ n = i → F ⁡ n = F ⁡ i
46 eqid ⊢ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n = n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n
47 fvex ⊢ F ⁡ i ∈ V
48 45 46 47 fvmpt ⊢ i ∈ ℤ ≥ j → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i = F ⁡ i
49 44 48 syl ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i = F ⁡ i
50 fveq2 ⊢ n = m → F ⁡ n = F ⁡ m
51 fvex ⊢ F ⁡ m ∈ V
52 50 46 51 fvmpt ⊢ m ∈ ℤ ≥ j → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m = F ⁡ m
53 52 adantr ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m = F ⁡ m
54 49 53 oveq12d ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m = F ⁡ i − F ⁡ m
55 54 fveq2d ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m = F ⁡ i − F ⁡ m
56 55 breq1d ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m < x ↔ F ⁡ i − F ⁡ m < x
57 43 56 imbitrrid ⊢ m ∈ ℤ ≥ j ∧ i ∈ ℤ ≥ m → F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m < x
58 57 ralimdva ⊢ m ∈ ℤ ≥ j → ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → ∀ i ∈ ℤ ≥ m n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m < x
59 58 reximia ⊢ ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m < x
60 59 ralimi ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m F ⁡ i ∈ ℂ ∧ F ⁡ i − F ⁡ m < x → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m < x
61 42 60 syl ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ m ∈ ℤ ≥ j ∀ i ∈ ℤ ≥ m n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ i − n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⁡ m < x
62 10 16 61 caurcvg ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n
63 eluzelz ⊢ j ∈ ℤ ≥ M → j ∈ ℤ
64 63 1 eleq2s ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ
65 64 ad2antrl ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → j ∈ ℤ
66 2 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → F ∈ V
67 fveq2 ⊢ n = k → F ⁡ n = F ⁡ k
68 67 cbvmptv ⊢ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n = k ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ k
69 10 68 climmpt ⊢ j ∈ ℤ ∧ F ∈ V → F ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ↔ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n
70 65 66 69 syl2anc ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → F ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ↔ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n
71 62 70 mpbird ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → F ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n
72 climrel ⊢ Rel ⁡ ⇝
73 72 releldmi ⊢ F ⇝ lim sup ⁡ n ∈ ℤ ≥ j ⟼ F ⁡ n → F ∈ dom ⁡ ⇝
74 71 73 syl ⊢ φ ∧ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → F ∈ dom ⁡ ⇝
75 74 expr ⊢ φ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ → F ∈ dom ⁡ ⇝
76 9 75 syl5 ⊢ φ ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → F ∈ dom ⁡ ⇝
77 76 rexlimdva ⊢ φ → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → F ∈ dom ⁡ ⇝
78 77 rexlimdvw ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → F ∈ dom ⁡ ⇝
79 7 78 mpd ⊢ φ → F ∈ dom ⁡ ⇝