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Theorem caurcvgr

Description: A Cauchy sequence of real numbers converges to its limit supremum. The third hypothesis specifies that F is a Cauchy sequence. (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2016) (Revised by AV, 12-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses caurcvgr.1 φ A
caurcvgr.2 φ F : A
caurcvgr.3 φ sup A * < = +∞
caurcvgr.4 φ x + j A k A j k F k F j < x
Assertion caurcvgr φ F lim sup F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 caurcvgr.1 φ A
2 caurcvgr.2 φ F : A
3 caurcvgr.3 φ sup A * < = +∞
4 caurcvgr.4 φ x + j A k A j k F k F j < x
5 1rp 1 +
6 5 a1i φ 1 +
7 1 2 3 4 6 caucvgrlem φ j A lim sup F k A j k F k lim sup F < 3 1
8 simpl lim sup F k A j k F k lim sup F < 3 1 lim sup F
9 8 rexlimivw j A lim sup F k A j k F k lim sup F < 3 1 lim sup F
10 7 9 syl φ lim sup F
11 10 recnd φ lim sup F
12 1 adantr φ y + A
13 2 adantr φ y + F : A
14 3 adantr φ y + sup A * < = +∞
15 4 adantr φ y + x + j A k A j k F k F j < x
16 simpr φ y + y +
17 3rp 3 +
18 rpdivcl y + 3 + y 3 +
19 16 17 18 sylancl φ y + y 3 +
20 12 13 14 15 19 caucvgrlem φ y + j A lim sup F k A j k F k lim sup F < 3 y 3
21 simpr lim sup F k A j k F k lim sup F < 3 y 3 k A j k F k lim sup F < 3 y 3
22 21 reximi j A lim sup F k A j k F k lim sup F < 3 y 3 j A k A j k F k lim sup F < 3 y 3
23 20 22 syl φ y + j A k A j k F k lim sup F < 3 y 3
24 ssrexv A j A k A j k F k lim sup F < 3 y 3 j k A j k F k lim sup F < 3 y 3
25 12 23 24 sylc φ y + j k A j k F k lim sup F < 3 y 3
26 rpcn y + y
27 26 adantl φ y + y
28 3cn 3
29 28 a1i φ y + 3
30 3ne0 3 0
31 30 a1i φ y + 3 0
32 27 29 31 divcan2d φ y + 3 y 3 = y
33 32 breq2d φ y + F k lim sup F < 3 y 3 F k lim sup F < y
34 33 imbi2d φ y + j k F k lim sup F < 3 y 3 j k F k lim sup F < y
35 34 rexralbidv φ y + j k A j k F k lim sup F < 3 y 3 j k A j k F k lim sup F < y
36 25 35 mpbid φ y + j k A j k F k lim sup F < y
37 36 ralrimiva φ y + j k A j k F k lim sup F < y
38 ax-resscn
39 fss F : A F : A
40 2 38 39 sylancl φ F : A
41 eqidd φ k A F k = F k
42 40 1 41 rlim φ F lim sup F lim sup F y + j k A j k F k lim sup F < y
43 11 37 42 mpbir2and φ F lim sup F