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Theorem cvgcaule

Description: A convergent function is Cauchy. (Contributed by Glauco Siliprandi, 15-Feb-2025)

Ref Expression
Hypotheses cvgcaule.1 𝑗 𝐹
cvgcaule.2 𝑘 𝐹
cvgcaule.3 ( 𝜑𝑀𝑍 )
cvgcaule.4 ( 𝜑𝐹𝑉 )
cvgcaule.5 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
cvgcaule.6 ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝ )
cvgcaule.7 ( 𝜑𝑋 ∈ ℝ+ )
Assertion cvgcaule ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cvgcaule.1 𝑗 𝐹
2 cvgcaule.2 𝑘 𝐹
3 cvgcaule.3 ( 𝜑𝑀𝑍 )
4 cvgcaule.4 ( 𝜑𝐹𝑉 )
5 cvgcaule.5 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
6 cvgcaule.6 ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝ )
7 cvgcaule.7 ( 𝜑𝑋 ∈ ℝ+ )
8 1 2 3 4 5 6 7 cvgcau ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) )
9 nfv 𝑘 ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 )
10 nfra1 𝑘𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 )
11 9 10 nfan 𝑘 ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) )
12 rspa ( ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) )
13 12 simpld ( ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
14 13 adantll ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
15 13 adantll ( ( ( 𝑗𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
16 5 uzid3 ( 𝑗𝑍𝑗 ∈ ( ℤ𝑗 ) )
17 nfcv 𝑘 𝑗
18 2 17 nffv 𝑘 ( 𝐹𝑗 )
19 18 nfel1 𝑘 ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ
20 nfcv 𝑘 abs
21 nfcv 𝑘
22 18 21 18 nfov 𝑘 ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) )
23 20 22 nffv 𝑘 ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) )
24 nfcv 𝑘 <
25 nfcv 𝑘 𝑋
26 23 24 25 nfbr 𝑘 ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋
27 19 26 nfan 𝑘 ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 )
28 fveq2 ( 𝑘 = 𝑗 → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑗 ) )
29 28 eleq1d ( 𝑘 = 𝑗 → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ) )
30 28 fvoveq1d ( 𝑘 = 𝑗 → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) )
31 30 breq1d ( 𝑘 = 𝑗 → ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ↔ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) )
32 29 31 anbi12d ( 𝑘 = 𝑗 → ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ↔ ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) )
33 27 32 rspc ( 𝑗 ∈ ( ℤ𝑗 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) )
34 16 33 syl ( 𝑗𝑍 → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) )
35 34 imp ( ( 𝑗𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) → ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) )
36 35 simpld ( ( 𝑗𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) → ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ )
37 36 adantr ( ( ( 𝑗𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ )
38 15 37 subcld ( ( ( 𝑗𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ∈ ℂ )
39 38 abscld ( ( ( 𝑗𝑍 ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ∈ ℝ )
40 39 adantlll ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ∈ ℝ )
41 simplll ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → 𝑋 ∈ ℝ+ )
42 41 rpred ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → 𝑋 ∈ ℝ )
43 12 adantll ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) )
44 43 simprd ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 )
45 40 42 44 ltled ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 )
46 14 45 jca ( ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 ) )
47 11 46 ralrimia ( ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) ∧ ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) ) → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 ) )
48 47 ex ( ( 𝑋 ∈ ℝ+𝑗𝑍 ) → ( ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) → ∀ 𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 ) ) )
49 48 reximdva ( 𝑋 ∈ ℝ+ → ( ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑋 ) → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 ) ) )
50 7 8 49 sylc ( 𝜑 → ∃ 𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) ≤ 𝑋 ) )