HomeHome Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Related theorems
GIF version

Theorem iscau4 7897
Description: Express the property "F is a Cauchy sequence of metric D."
Hypothesis
Ref Expression
lmbr.1 X = dom dom D
Assertion
Ref Expression
iscau4 (D ∈ Met → (F ∈ (Cau ‘D) ↔ (F ⊆ (ℂ × X) ⋀ ∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ (jk → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x))))))
Distinct variable groups:   j,k,x,F   D,j,k,x   j,X,k,x

Proof of Theorem iscau4
StepHypRef Expression
1 lmbr.1 . . 3 X = dom dom D
21iscau 7893 . 2 (D ∈ Met → (F ∈ (Cau ‘D) ↔ (F ⊆ (ℂ × X) ⋀ ∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃m ∈ ℤ ∀j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ ((mjmk) → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x))))))
3 fveq2 3722 . . . . . 6 (k = m → (Fk) = (Fm))
43eleq1d 1539 . . . . 5 (k = m → ((Fk) ∈ X ↔ (Fm) ∈ X))
53opreq2d 3974 . . . . . 6 (k = m → ((Fj)D(Fk)) = ((Fj)D(Fm)))
65breq1d 2627 . . . . 5 (k = m → (((Fj)D(Fk)) < x ↔ ((Fj)D(Fm)) < x))
74, 63anbi23d 896 . . . 4 (k = m → (((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x) ↔ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < x)))
8 fveq2 3722 . . . . . 6 (j = k → (Fj) = (Fk))
98eleq1d 1539 . . . . 5 (j = k → ((Fj) ∈ X ↔ (Fk) ∈ X))
108opreq1d 3973 . . . . . 6 (j = k → ((Fj)D(Fm)) = ((Fk)D(Fm)))
1110breq1d 2627 . . . . 5 (j = k → (((Fj)D(Fm)) < x ↔ ((Fk)D(Fm)) < x))
129, 113anbi13d 895 . . . 4 (j = k → (((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < x) ↔ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fk)D(Fm)) < x)))
13 breq2 2621 . . . . . 6 (x = (y / 2) → (((Fj)D(Fk)) < x ↔ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)))
14133anbi3d 899 . . . . 5 (x = (y / 2) → (((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x) ↔ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2))))
15 breq2 2621 . . . . . 6 (x = (y / 2) → (((Fj)D(Fm)) < x ↔ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)))
16153anbi3d 899 . . . . 5 (x = (y / 2) → (((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < x) ↔ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))))
1714, 16anbi12d 628 . . . 4 (x = (y / 2) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < x)) ↔ (((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)))))
18 breq2 2621 . . . . 5 (x = y → (((Fk)D(Fm)) < x ↔ ((Fk)D(Fm)) < y))
19183anbi3d 899 . . . 4 (x = y → (((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fk)D(Fm)) < x) ↔ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fk)D(Fm)) < y)))
20 3simp2 789 . . . . . . . 8 (((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) → (Fk) ∈ X)
2120adantr 389 . . . . . . 7 ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → (Fk) ∈ X)
2221a1i 8 . . . . . 6 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → (Fk) ∈ X))
23 3simp2 789 . . . . . . . 8 (((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)) → (Fm) ∈ X)
2423adantl 388 . . . . . . 7 ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → (Fm) ∈ X)
2524a1i 8 . . . . . 6 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → (Fm) ∈ X))
26 lt2halvest 6010 . . . . . . . . . . . 12 ((((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ ⋀ ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)) → (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) < y))
271metcl 7768 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((D ∈ Met ⋀ (Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X) → ((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ)
28273expb 834 . . . . . . . . . . . . . 14 ((D ∈ Met ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X)) → ((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ)
2928adantlr 393 . . . . . . . . . . . . 13 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X)) → ((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ)
3029adantrrr 403 . . . . . . . . . . . 12 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ)
311metcl 7768 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((D ∈ Met ⋀ (Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) → ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ)
32313expb 834 . . . . . . . . . . . . . 14 ((D ∈ Met ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X)) → ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ)
3332adantlr 393 . . . . . . . . . . . . 13 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X)) → ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ)
3433adantrrl 402 . . . . . . . . . . . 12 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ)
35 simplr 413 . . . . . . . . . . . 12 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → y ∈ ℝ)
3626, 30, 34, 35syl3anc 858 . . . . . . . . . . 11 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)) → (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) < y))
371mettri4 7771 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((D ∈ Met ⋀ (Fk) ∈ X) ⋀ ((Fm) ∈ X ⋀ (Fj) ∈ X)) → ((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))))
3837exp43 384 . . . . . . . . . . . . . . 15 (D ∈ Met → ((Fk) ∈ X → ((Fm) ∈ X → ((Fj) ∈ X → ((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm)))))))
3938imp44 371 . . . . . . . . . . . . . 14 ((D ∈ Met ⋀ (((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) ⋀ (Fj) ∈ X)) → ((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))))
4039ancom2s 487 . . . . . . . . . . . . 13 ((D ∈ Met ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))))
4140adantlr 393 . . . . . . . . . . . 12 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))))
42 lelttrt 5511 . . . . . . . . . . . . 13 ((((Fk)D(Fm)) ∈ ℝ ⋀ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) ∈ ℝ ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) ⋀ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) < y) → ((Fk)D(Fm)) < y))
431metcl 7768 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((D ∈ Met ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) → ((Fk)D(Fm)) ∈ ℝ)
44433expb 834 . . . . . . . . . . . . . 14 ((D ∈ Met ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X)) → ((Fk)D(Fm)) ∈ ℝ)
4544ad2ant2rl 411 . . . . . . . . . . . . 13 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fk)D(Fm)) ∈ ℝ)
46 axaddrcl 5260 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ ⋀ ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ) → (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) ∈ ℝ)
4728adantrrr 403 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((D ∈ Met ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fj)D(Fk)) ∈ ℝ)
4832adantrrl 402 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((D ∈ Met ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((Fj)D(Fm)) ∈ ℝ)
4946, 47, 48sylanc 471 . . . . . . . . . . . . . 14 ((D ∈ Met ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) ∈ ℝ)
5049adantlr 393 . . . . . . . . . . . . 13 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) ∈ ℝ)
5142, 45, 50, 35syl3anc 858 . . . . . . . . . . . 12 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((((Fk)D(Fm)) ≤ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) ⋀ (((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) < y) → ((Fk)D(Fm)) < y))
5241, 51mpand 701 . . . . . . . . . . 11 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((((Fj)D(Fk)) + ((Fj)D(Fm))) < y → ((Fk)D(Fm)) < y))
5336, 52syld 27 . . . . . . . . . 10 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X))) → ((((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)) → ((Fk)D(Fm)) < y))
5453exp32 377 . . . . . . . . 9 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → ((Fj) ∈ X → (((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) → ((((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)) → ((Fk)D(Fm)) < y))))
5554adantld 390 . . . . . . . 8 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → (((Fj) ∈ X ⋀ (Fj) ∈ X) → (((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) → ((((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2)) → ((Fk)D(Fm)) < y))))
56553impd 847 . . . . . . 7 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fj) ∈ X) ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) ⋀ (((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → ((Fk)D(Fm)) < y))
57 an6 902 . . . . . . 7 ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) ↔ (((Fj) ∈ X ⋀ (Fj) ∈ X) ⋀ ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X) ⋀ (((Fj)D(Fk)) < (y / 2) ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))))
5856, 57syl5ib 206 . . . . . 6 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → ((Fk)D(Fm)) < y))
5922, 25, 583jcad 820 . . . . 5 ((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fk)D(Fm)) < y)))
6059adantr 389 . . . 4 (((D ∈ Met ⋀ y ∈ ℝ) ⋀ (j ∈ ℤ ⋀ k ∈ ℤ ⋀ m ∈ ℤ)) → ((((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < (y / 2)) ⋀ ((Fj) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fm)) < (y / 2))) → ((Fk) ∈ X ⋀ (Fm) ∈ X ⋀ ((Fk)D(Fm)) < y)))
61 ssid 2078 . . . 4 ℤ ⊆ ℤ
627, 12, 17, 19, 60, 61cau3 6874 . . 3 (D ∈ Met → (∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ (jk → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x))) ↔ ∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃m ∈ ℤ ∀j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ ((mjmk) → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x)))))
6362anbi2d 616 . 2 (D ∈ Met → ((F ⊆ (ℂ × X) ⋀ ∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ (jk → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x)))) ↔ (F ⊆ (ℂ × X) ⋀ ∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃m ∈ ℤ ∀j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ ((mjmk) → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x))))))
642, 63bitr4d 531 1 (D ∈ Met → (F ∈ (Cau ‘D) ↔ (F ⊆ (ℂ × X) ⋀ ∀x ∈ ℝ (0 < x → ∃j ∈ ℤ ∀k ∈ ℤ (jk → ((Fj) ∈ X ⋀ (Fk) ∈ X ⋀ ((Fj)D(Fk)) < x))))))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   → wi 3   ↔ wb 146   ⋀ wa 223   ⋀ w3a 775   = wceq 956   ∈ wcel 958  ∀wral 1644  ∃wrex 1645   ⊆ wss 2045   class class class wbr 2617   × cxp 3166  dom cdm 3168   ‘cfv 3180  (class class class)co 3961  ℂcc 5220  ℝcr 5221  0cc0 5222   + caddc 5225   / cdiv 5282   ≤ cle 5283  ℤcz 5286   < clt 5474  2c2 5929  Metcme 7746  Caucca 7877
This theorem was proved from axioms:  ax-1 4  ax-2 5  ax-3 6  ax-mp 7  ax-7 962  ax-gen 963  ax-8 964  ax-9 965  ax-10 966  ax-11 967  ax-12 968  ax-13 969  ax-14 970  ax-17 971  ax-4 973  ax-5o 975  ax-6o 978  ax-9o 1123  ax-10o 1140  ax-16 1210  ax-11o 1218  ax-ext 1459  ax-rep 2691  ax-sep 2701  ax-nul 2708  ax-pow 2740  ax-pr 2777  ax-un 2864  ax-inf2 4613
This theorem depends on definitions:  df-bi 147  df-or 224  df-an 225  df-3or 776  df-3an 777  df-ex 981  df-sb 1172  df-eu 1382  df-mo 1383  df-clab 1464  df-cleq 1469  df-clel 1472  df-ne 1586  df-nel 1587  df-ral 1648  df-rex 1649  df-reu 1650  df-rab 1651  df-v 1810  df-sbc 1940  df-csb 2000  df-dif 2047  df-un 2048  df-in 2049  df-ss 2051  df-pss 2053  df-nul 2279  df-if 2360  df-pw 2400  df-sn 2410  df-pr 2411  df-tp 2413  df-op 2414  df-uni 2502  df-int 2532  df-iun 2566  df-br 2618  df-opab 2665  df-tr 2679  df-eprel 2830  df-id 2833  df-po 2838  df-so 2848  df-fr 2915  df-we 2932  df-ord 2949  df-on 2950  df-lim 2951  df-suc 2952  df-om 3130  df-xp 3182  df-rel 3183  df-cnv 3184  df-co 3185  df-dm 3186  df-rn 3187  df-res 3188  df-ima 3189  df-fun 3190  df-fn 3191  df-f 3192  df-f1 3193  df-fo 3194  df-f1o 3195  df-fv 3196  df-rdg 3930  df-opr 3963  df-oprab 3964  df-1st 4077  df-2nd 4078  df-1o 4131  df-oadd 4133  df-omul 4134  df-er 4259  df-ec 4261  df-qs 4264  df-en 4365  df-dom 4366  df-sdom 4367  df-ni 4988  df-pli 4989  df-mi 4990  df-lti 4991  df-plpq 5023  df-mpq 5024  df-enq 5025  df-nq 5026  df-plq 5027  df-mq 5028  df-rq 5029  df-ltq 5030  df-1q 5031  df-np 5074  df-1p 5075  df-plp 5076  df-mp 5077  df-ltp 5078  df-plpr 5152  df-mpr 5153  df-enr 5154  df-nr 5155  df-plr 5156  df-mr 5157  df-ltr 5158  df-0r 5159  df-1r 5160  df-m1r 5161  df-c 5228  df-0 5229  df-1 5230  df-i 5231  df-r 5232  df-plus 5233  df-mul 5234  df-lt 5235  df-sub 5344  df-neg 5346  df-pnf 5475  df-mnf 5476  df-xr 5477  df-ltxr 5478  df-le 5479  df-div 5686  df-2 5938  df-z 6104  df-met 7750  df-cau 7880
Copyright terms: Public domain