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Theorem cau3

Description: Convert between three-quantifier and four-quantifier versions of the Cauchy criterion. (In particular, the four-quantifier version has no occurrence of j in the assertion, so it can be used with rexanuz and friends.) (Contributed by Mario Carneiro, 15-Feb-2014)

Ref Expression
Hypothesis cau3.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
Assertion cau3 ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑘 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < 𝑥 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cau3.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
2 uzssz ( ℤ𝑀 ) ⊆ ℤ
3 1 2 eqsstri 𝑍 ⊆ ℤ
4 id ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
5 eleq1 ( ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑗 ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ) )
6 eleq1 ( ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑚 ) → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ↔ ( 𝐹𝑚 ) ∈ ℂ ) )
7 abssub ( ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑘 ) ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) )
8 7 3adant1 ( ( ⊤ ∧ ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑘 ) ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) )
9 abssub ( ( ( 𝐹𝑚 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑚 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) )
10 9 3adant1 ( ( ⊤ ∧ ( 𝐹𝑚 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑚 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) = ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) )
11 abs3lem ( ( ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐹𝑚 ) ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ) → ( ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < ( 𝑥 / 2 ) ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < ( 𝑥 / 2 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < 𝑥 ) )
12 11 3adant1 ( ( ⊤ ∧ ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐹𝑚 ) ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ) → ( ( ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < ( 𝑥 / 2 ) ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑗 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < ( 𝑥 / 2 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < 𝑥 ) )
13 3 4 5 6 8 10 12 cau3lem ( ⊤ → ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑘 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < 𝑥 ) ) )
14 13 mptru ( ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑗 ) ) ) < 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ℝ+𝑗𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑗 ) ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ∧ ∀ 𝑚 ∈ ( ℤ𝑘 ) ( abs ‘ ( ( 𝐹𝑘 ) − ( 𝐹𝑚 ) ) ) < 𝑥 ) )