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Theorem climcau

Description: A converging sequence of complex numbers is a Cauchy sequence. Theorem 12-5.3 of Gleason p. 180 (necessity part). (Contributed by NM, 16-Apr-2005) (Revised by Mario Carneiro, 26-Apr-2014)

Ref Expression
Hypothesis climcau.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
Assertion climcau ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ∈ dom ⁡ ⇝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climcau.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 df-br ⊢ F ⇝ y ↔ F y ∈ ⇝
3 simpll ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + → M ∈ ℤ
4 rphalfcl ⊢ x ∈ ℝ + → x 2 ∈ ℝ +
5 4 adantl ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + → x 2 ∈ ℝ +
6 eqidd ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ k ∈ Z → F ⁡ k = F ⁡ k
7 simplr ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + → F ⇝ y
8 1 3 5 6 7 climi ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2
9 eluzelz ⊢ j ∈ ℤ ≥ M → j ∈ ℤ
10 uzid ⊢ j ∈ ℤ → j ∈ ℤ ≥ j
11 9 10 syl ⊢ j ∈ ℤ ≥ M → j ∈ ℤ ≥ j
12 11 1 eleq2s ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ ≥ j
13 12 adantl ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → j ∈ ℤ ≥ j
14 fveq2 ⊢ k = j → F ⁡ k = F ⁡ j
15 14 eleq1d ⊢ k = j → F ⁡ k ∈ ℂ ↔ F ⁡ j ∈ ℂ
16 14 fvoveq1d ⊢ k = j → F ⁡ k − y = F ⁡ j − y
17 16 breq1d ⊢ k = j → F ⁡ k − y < x 2 ↔ F ⁡ j − y < x 2
18 15 17 anbi12d ⊢ k = j → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 ↔ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2
19 18 rspcv ⊢ j ∈ ℤ ≥ j → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2
20 13 19 syl ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2
21 rpre ⊢ x ∈ ℝ + → x ∈ ℝ
22 21 ad2antlr ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → x ∈ ℝ
23 simpllr ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → F ⇝ y
24 climcl ⊢ F ⇝ y → y ∈ ℂ
25 23 24 syl ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → y ∈ ℂ
26 simprl ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ k ∈ ℂ
27 simplrl ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ j ∈ ℂ
28 simpllr ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → y ∈ ℂ
29 simplll ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → x ∈ ℝ
30 simprr ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ k − y < x 2
31 28 27 abssubd ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → y − F ⁡ j = F ⁡ j − y
32 simplrr ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ j − y < x 2
33 31 32 eqbrtrd ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → y − F ⁡ j < x 2
34 26 27 28 29 30 33 abs3lemd ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 ∧ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ k − F ⁡ j < x
35 34 ex ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ k − F ⁡ j < x
36 35 ralimdv ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
37 36 ex ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ → F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
38 37 com23 ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℂ → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
39 22 25 38 syl2anc ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ j − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
40 20 39 mpdd ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + ∧ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
41 40 reximdva ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − y < x 2 → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
42 8 41 mpd ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y ∧ x ∈ ℝ + → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
43 42 ralrimiva ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ⇝ y → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
44 43 ex ⊢ M ∈ ℤ → F ⇝ y → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
45 2 44 biimtrrid ⊢ M ∈ ℤ → F y ∈ ⇝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
46 45 exlimdv ⊢ M ∈ ℤ → ∃ y F y ∈ ⇝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x
47 eldm2g ⊢ F ∈ dom ⁡ ⇝ → F ∈ dom ⁡ ⇝ ↔ ∃ y F y ∈ ⇝
48 47 ibi ⊢ F ∈ dom ⁡ ⇝ → ∃ y F y ∈ ⇝
49 46 48 impel ⊢ M ∈ ℤ ∧ F ∈ dom ⁡ ⇝ → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k − F ⁡ j < x