Metamath Proof Explorer


Theorem caucvgr

Description: A Cauchy sequence of complex numbers converges to a complex number. Theorem 12-5.3 of Gleason p. 180 (sufficiency part). (Contributed by NM, 20-Dec-2006) (Revised by Mario Carneiro, 8-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses caucvgr.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† โ„ )
caucvgr.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ด โŸถ โ„‚ )
caucvgr.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ sup ( ๐ด , โ„* , < ) = +โˆž )
caucvgr.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โˆƒ ๐‘— โˆˆ ๐ด โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ( ๐‘— โ‰ค ๐‘˜ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) < ๐‘ฅ ) )
Assertion caucvgr ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ dom โ‡๐‘Ÿ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 caucvgr.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† โ„ )
2 caucvgr.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ด โŸถ โ„‚ )
3 caucvgr.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ sup ( ๐ด , โ„* , < ) = +โˆž )
4 caucvgr.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โˆƒ ๐‘— โˆˆ ๐ด โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ( ๐‘— โ‰ค ๐‘˜ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) < ๐‘ฅ ) )
5 2 feqmptd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) )
6 2 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
7 6 replimd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) )
8 7 mpteq2dva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) )
9 5 8 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) )
10 fvexd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) โˆˆ V )
11 ovexd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) โˆˆ V )
12 ref โŠข โ„œ : โ„‚ โŸถ โ„
13 resub โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆ’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
14 13 fveq2d โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆ’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) )
15 subcl โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) โˆˆ โ„‚ )
16 absrele โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
17 15 16 syl โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
18 14 17 eqbrtrrd โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆ’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
19 1 2 3 4 12 18 caucvgrlem2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) โ‡๐‘Ÿ ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„œ โˆ˜ ๐น ) ) )
20 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
21 20 elexi โŠข i โˆˆ V
22 21 a1i โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ ๐ด ) โ†’ i โˆˆ V )
23 fvexd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) โˆˆ V )
24 rlimconst โŠข ( ( ๐ด โŠ† โ„ โˆง i โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ i ) โ‡๐‘Ÿ i )
25 1 20 24 sylancl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ i ) โ‡๐‘Ÿ i )
26 imf โŠข โ„‘ : โ„‚ โŸถ โ„
27 imsub โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) = ( ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆ’ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
28 27 fveq2d โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆ’ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) )
29 absimle โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
30 15 29 syl โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
31 28 30 eqbrtrrd โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆ’ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) ) โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘— ) ) ) )
32 1 2 3 4 26 31 caucvgrlem2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) โ‡๐‘Ÿ ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„‘ โˆ˜ ๐น ) ) )
33 22 23 25 32 rlimmul โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) โ‡๐‘Ÿ ( i ยท ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„‘ โˆ˜ ๐น ) ) ) )
34 10 11 19 33 rlimadd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘› โˆˆ ๐ด โ†ฆ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) โ‡๐‘Ÿ ( ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„œ โˆ˜ ๐น ) ) + ( i ยท ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„‘ โˆ˜ ๐น ) ) ) ) )
35 9 34 eqbrtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โ‡๐‘Ÿ ( ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„œ โˆ˜ ๐น ) ) + ( i ยท ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„‘ โˆ˜ ๐น ) ) ) ) )
36 rlimrel โŠข Rel โ‡๐‘Ÿ
37 36 releldmi โŠข ( ๐น โ‡๐‘Ÿ ( ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„œ โˆ˜ ๐น ) ) + ( i ยท ( โ‡๐‘Ÿ โ€˜ ( โ„‘ โˆ˜ ๐น ) ) ) ) โ†’ ๐น โˆˆ dom โ‡๐‘Ÿ )
38 35 37 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ dom โ‡๐‘Ÿ )