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Theorem caubnd2

Description: A Cauchy sequence of complex numbers is eventually bounded. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Feb-2014)

Ref Expression
Hypothesis cau3.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
Assertion caubnd2 ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cau3.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
3 breq2 ⊢ x = 1 → F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ F ⁡ k − F ⁡ j < 1
4 3 anbi2d ⊢ x = 1 → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1
5 4 rexralbidv ⊢ x = 1 → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x ↔ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1
6 5 rspcv ⊢ 1 ∈ ℝ + → ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1
7 2 6 ax-mp ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1
8 eluzelz ⊢ j ∈ ℤ ≥ M → j ∈ ℤ
9 8 1 eleq2s ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ
10 uzid ⊢ j ∈ ℤ → j ∈ ℤ ≥ j
11 9 10 syl ⊢ j ∈ Z → j ∈ ℤ ≥ j
12 simpl ⊢ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k ∈ ℂ
13 12 ralimi ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ
14 fveq2 ⊢ k = j → F ⁡ k = F ⁡ j
15 14 eleq1d ⊢ k = j → F ⁡ k ∈ ℂ ↔ F ⁡ j ∈ ℂ
16 15 rspcva ⊢ j ∈ ℤ ≥ j ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ j ∈ ℂ
17 11 13 16 syl2an ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ j ∈ ℂ
18 abscl ⊢ F ⁡ j ∈ ℂ → F ⁡ j ∈ ℝ
19 17 18 syl ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ j ∈ ℝ
20 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
21 readdcl ⊢ F ⁡ j ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ → F ⁡ j + 1 ∈ ℝ
22 19 20 21 sylancl ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ j + 1 ∈ ℝ
23 simpr ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k ∈ ℂ
24 simplr ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ j ∈ ℂ
25 abs2dif ⊢ F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ j ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ≤ F ⁡ k − F ⁡ j
26 23 24 25 syl2anc ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ≤ F ⁡ k − F ⁡ j
27 abscl ⊢ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k ∈ ℝ
28 23 27 syl ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k ∈ ℝ
29 24 18 syl ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ j ∈ ℝ
30 28 29 resubcld ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ
31 23 24 subcld ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℂ
32 abscl ⊢ F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ
33 31 32 syl ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ
34 lelttr ⊢ F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ → F ⁡ k − F ⁡ j ≤ F ⁡ k − F ⁡ j ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k − F ⁡ j < 1
35 20 34 mp3an3 ⊢ F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j ∈ ℝ → F ⁡ k − F ⁡ j ≤ F ⁡ k − F ⁡ j ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k − F ⁡ j < 1
36 30 33 35 syl2anc ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j ≤ F ⁡ k − F ⁡ j ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k − F ⁡ j < 1
37 26 36 mpand ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k − F ⁡ j < 1
38 ltsubadd2 ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ j ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ → F ⁡ k − F ⁡ j < 1 ↔ F ⁡ k < F ⁡ j + 1
39 20 38 mp3an3 ⊢ F ⁡ k ∈ ℝ ∧ F ⁡ j ∈ ℝ → F ⁡ k − F ⁡ j < 1 ↔ F ⁡ k < F ⁡ j + 1
40 28 29 39 syl2anc ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j < 1 ↔ F ⁡ k < F ⁡ j + 1
41 37 40 sylibd ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ ∧ F ⁡ k ∈ ℂ → F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k < F ⁡ j + 1
42 41 expimpd ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ → F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ k < F ⁡ j + 1
43 42 ralimdv ⊢ j ∈ Z ∧ F ⁡ j ∈ ℂ → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < F ⁡ j + 1
44 43 impancom ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → F ⁡ j ∈ ℂ → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < F ⁡ j + 1
45 17 44 mpd ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < F ⁡ j + 1
46 brralrspcev ⊢ F ⁡ j + 1 ∈ ℝ ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < F ⁡ j + 1 → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y
47 22 45 46 syl2anc ⊢ j ∈ Z ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y
48 47 ex ⊢ j ∈ Z → ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y
49 48 reximia ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∃ j ∈ Z ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y
50 rexcom ⊢ ∃ j ∈ Z ∃ y ∈ ℝ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y ↔ ∃ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y
51 49 50 sylib ⊢ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < 1 → ∃ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y
52 7 51 syl ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ ℂ ∧ F ⁡ k − F ⁡ j < x → ∃ y ∈ ℝ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k < y