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Theorem climrecvg1n 9867
Description: A Cauchy sequence of real numbers converges, existence version. The rate of convergence is fixed: all terms after the nth term must be within  C  /  n of the nth term, where  C is a constant multiplier. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Aug-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
climrecvg1n.f  |-  ( ph  ->  F : NN --> RR )
climrecvg1n.c  |-  ( ph  ->  C  e.  RR+ )
climrecvg1n.cau  |-  ( ph  ->  A. n  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  n ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  n )
) )  <  ( C  /  n ) )
Assertion
Ref Expression
climrecvg1n  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~>  )
Distinct variable groups:    C, k, n   
k, F, n    ph, k, n

Proof of Theorem climrecvg1n
Dummy variables  e  i  j  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 climrecvg1n.f . . 3  |-  ( ph  ->  F : NN --> RR )
2 climrecvg1n.c . . 3  |-  ( ph  ->  C  e.  RR+ )
3 climrecvg1n.cau . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  A. n  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  n ) ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  n )
) )  <  ( C  /  n ) )
43r19.21bi 2407 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  n  e.  NN )  ->  A. k  e.  ( ZZ>= `  n )
( abs `  (
( F `  k
)  -  ( F `
 n ) ) )  <  ( C  /  n ) )
54r19.21bi 2407 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( abs `  ( ( F `  k )  -  ( F `  n )
) )  <  ( C  /  n ) )
61ad2antrr 457 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  F : NN
--> RR )
7 eluznn 8538 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( n  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n ) )  -> 
k  e.  NN )
87adantll 445 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  k  e.  NN )
96, 8ffvelrnd 5303 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( F `  k )  e.  RR )
10 simplr 482 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  n  e.  NN )
116, 10ffvelrnd 5303 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( F `  n )  e.  RR )
122ad2antrr 457 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  C  e.  RR+ )
1310nnrpd 8621 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  n  e.  RR+ )
1412, 13rpdivcld 8640 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( C  /  n )  e.  RR+ )
1514rpred 8622 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( C  /  n )  e.  RR )
169, 11, 15absdifltd 9774 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( ( abs `  ( ( F `
 k )  -  ( F `  n ) ) )  <  ( C  /  n )  <->  ( (
( F `  n
)  -  ( C  /  n ) )  <  ( F `  k )  /\  ( F `  k )  <  ( ( F `  n )  +  ( C  /  n ) ) ) ) )
175, 16mpbid 135 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( (
( F `  n
)  -  ( C  /  n ) )  <  ( F `  k )  /\  ( F `  k )  <  ( ( F `  n )  +  ( C  /  n ) ) ) )
1811, 15, 9ltsubaddd 7532 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( (
( F `  n
)  -  ( C  /  n ) )  <  ( F `  k )  <->  ( F `  n )  <  (
( F `  k
)  +  ( C  /  n ) ) ) )
1918anbi1d 438 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( (
( ( F `  n )  -  ( C  /  n ) )  <  ( F `  k )  /\  ( F `  k )  <  ( ( F `  n )  +  ( C  /  n ) ) )  <->  ( ( F `  n )  <  ( ( F `  k )  +  ( C  /  n ) )  /\  ( F `
 k )  < 
( ( F `  n )  +  ( C  /  n ) ) ) ) )
2017, 19mpbid 135 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  n  e.  NN )  /\  k  e.  ( ZZ>= `  n )
)  ->  ( ( F `  n )  <  ( ( F `  k )  +  ( C  /  n ) )  /\  ( F `
 k )  < 
( ( F `  n )  +  ( C  /  n ) ) ) )
2120ralrimiva 2392 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  NN )  ->  A. k  e.  ( ZZ>= `  n )
( ( F `  n )  <  (
( F `  k
)  +  ( C  /  n ) )  /\  ( F `  k )  <  (
( F `  n
)  +  ( C  /  n ) ) ) )
2221ralrimiva 2392 . . 3  |-  ( ph  ->  A. n  e.  NN  A. k  e.  ( ZZ>= `  n ) ( ( F `  n )  <  ( ( F `
 k )  +  ( C  /  n
) )  /\  ( F `  k )  <  ( ( F `  n )  +  ( C  /  n ) ) ) )
231, 2, 22cvg1n 9585 . 2  |-  ( ph  ->  E. y  e.  RR  A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( ( F `  j )  <  (
y  +  e )  /\  y  <  (
( F `  j
)  +  e ) ) )
241adantr 261 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  F : NN
--> RR )
2524ad3antrrr 461 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  F : NN --> RR )
26 eluznn 8538 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( i  e.  NN  /\  j  e.  ( ZZ>= `  i ) )  -> 
j  e.  NN )
2726adantll 445 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  j  e.  NN )
2825, 27ffvelrnd 5303 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  ( F `  j )  e.  RR )
29 simpr 103 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  y  e.  RR )
3029ad3antrrr 461 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  y  e.  RR )
31 simpllr 486 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  e  e.  RR+ )
3231rpred 8622 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  e  e.  RR )
3328, 30, 32absdifltd 9774 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  j )  -  y
) )  <  e  <->  ( ( y  -  e
)  <  ( F `  j )  /\  ( F `  j )  <  ( y  +  e ) ) ) )
3430, 32, 28ltsubaddd 7532 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  ( ( y  -  e )  < 
( F `  j
)  <->  y  <  (
( F `  j
)  +  e ) ) )
3534anbi1d 438 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  ( ( ( y  -  e )  <  ( F `  j )  /\  ( F `  j )  <  ( y  +  e ) )  <->  ( y  <  ( ( F `  j )  +  e )  /\  ( F `
 j )  < 
( y  +  e ) ) ) )
3633, 35bitrd 177 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  j )  -  y
) )  <  e  <->  ( y  <  ( ( F `  j )  +  e )  /\  ( F `  j )  <  ( y  +  e ) ) ) )
37 ancom 253 . . . . . . . 8  |-  ( ( y  <  ( ( F `  j )  +  e )  /\  ( F `  j )  <  ( y  +  e ) )  <->  ( ( F `  j )  <  ( y  +  e )  /\  y  < 
( ( F `  j )  +  e ) ) )
3836, 37syl6bb 185 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  /\  j  e.  (
ZZ>= `  i ) )  ->  ( ( abs `  ( ( F `  j )  -  y
) )  <  e  <->  ( ( F `  j
)  <  ( y  +  e )  /\  y  <  ( ( F `
 j )  +  e ) ) ) )
3938ralbidva 2322 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  /\  i  e.  NN )  ->  ( A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( abs `  (
( F `  j
)  -  y ) )  <  e  <->  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( ( F `  j )  <  (
y  +  e )  /\  y  <  (
( F `  j
)  +  e ) ) ) )
4039rexbidva 2323 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  e  e.  RR+ )  ->  ( E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i ) ( abs `  ( ( F `  j )  -  y
) )  <  e  <->  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i ) ( ( F `  j )  <  ( y  +  e )  /\  y  <  ( ( F `  j )  +  e ) ) ) )
4140ralbidva 2322 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  ( A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( abs `  (
( F `  j
)  -  y ) )  <  e  <->  A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( ( F `  j )  <  (
y  +  e )  /\  y  <  (
( F `  j
)  +  e ) ) ) )
42 nnuz 8508 . . . . . 6  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
43 1zzd 8272 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  1  e.  ZZ )
44 nnex 7920 . . . . . . . 8  |-  NN  e.  _V
4544a1i 9 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  NN  e.  _V )
46 reex 7015 . . . . . . . 8  |-  RR  e.  _V
4746a1i 9 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  RR  e.  _V )
48 fex2 5059 . . . . . . 7  |-  ( ( F : NN --> RR  /\  NN  e.  _V  /\  RR  e.  _V )  ->  F  e.  _V )
4924, 45, 47, 48syl3anc 1135 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  F  e. 
_V )
50 eqidd 2041 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  j  e.  NN )  ->  ( F `  j )  =  ( F `  j ) )
5129recnd 7054 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  y  e.  CC )
5224ffvelrnda 5302 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  j  e.  NN )  ->  ( F `  j )  e.  RR )
5352recnd 7054 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  y  e.  RR )  /\  j  e.  NN )  ->  ( F `  j )  e.  CC )
5442, 43, 49, 50, 51, 53clim2c 9805 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  ( F  ~~>  y  <->  A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i ) ( abs `  ( ( F `  j )  -  y
) )  <  e
) )
55 climrel 9801 . . . . . 6  |-  Rel  ~~>
5655releldmi 4573 . . . . 5  |-  ( F  ~~>  y  ->  F  e.  dom 
~~>  )
5754, 56syl6bir 153 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  ( A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( abs `  (
( F `  j
)  -  y ) )  <  e  ->  F  e.  dom  ~~>  ) )
5841, 57sylbird 159 . . 3  |-  ( (
ph  /\  y  e.  RR )  ->  ( A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( ( F `  j )  <  (
y  +  e )  /\  y  <  (
( F `  j
)  +  e ) )  ->  F  e.  dom 
~~>  ) )
5958impr 361 . 2  |-  ( (
ph  /\  ( y  e.  RR  /\  A. e  e.  RR+  E. i  e.  NN  A. j  e.  ( ZZ>= `  i )
( ( F `  j )  <  (
y  +  e )  /\  y  <  (
( F `  j
)  +  e ) ) ) )  ->  F  e.  dom  ~~>  )
6023, 59rexlimddv 2437 1  |-  ( ph  ->  F  e.  dom  ~~>  )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 97    e. wcel 1393   A.wral 2306   E.wrex 2307   _Vcvv 2557   class class class wbr 3764   dom cdm 4345   -->wf 4898   ` cfv 4902  (class class class)co 5512   RRcr 6888   1c1 6890    + caddc 6892    < clt 7060    - cmin 7182    / cdiv 7651   NNcn 7914   ZZ>=cuz 8473   RR+crp 8583   abscabs 9595    ~~> cli 9799
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 99  ax-ia2 100  ax-ia3 101  ax-in1 544  ax-in2 545  ax-io 630  ax-5 1336  ax-7 1337  ax-gen 1338  ax-ie1 1382  ax-ie2 1383  ax-8 1395  ax-10 1396  ax-11 1397  ax-i12 1398  ax-bndl 1399  ax-4 1400  ax-13 1404  ax-14 1405  ax-17 1419  ax-i9 1423  ax-ial 1427  ax-i5r 1428  ax-ext 2022  ax-coll 3872  ax-sep 3875  ax-nul 3883  ax-pow 3927  ax-pr 3944  ax-un 4170  ax-setind 4262  ax-iinf 4311  ax-cnex 6975  ax-resscn 6976  ax-1cn 6977  ax-1re 6978  ax-icn 6979  ax-addcl 6980  ax-addrcl 6981  ax-mulcl 6982  ax-mulrcl 6983  ax-addcom 6984  ax-mulcom 6985  ax-addass 6986  ax-mulass 6987  ax-distr 6988  ax-i2m1 6989  ax-1rid 6991  ax-0id 6992  ax-rnegex 6993  ax-precex 6994  ax-cnre 6995  ax-pre-ltirr 6996  ax-pre-ltwlin 6997  ax-pre-lttrn 6998  ax-pre-apti 6999  ax-pre-ltadd 7000  ax-pre-mulgt0 7001  ax-pre-mulext 7002  ax-arch 7003  ax-caucvg 7004
This theorem depends on definitions:  df-bi 110  df-dc 743  df-3or 886  df-3an 887  df-tru 1246  df-fal 1249  df-nf 1350  df-sb 1646  df-eu 1903  df-mo 1904  df-clab 2027  df-cleq 2033  df-clel 2036  df-nfc 2167  df-ne 2206  df-nel 2207  df-ral 2311  df-rex 2312  df-reu 2313  df-rmo 2314  df-rab 2315  df-v 2559  df-sbc 2765  df-csb 2853  df-dif 2920  df-un 2922  df-in 2924  df-ss 2931  df-nul 3225  df-if 3332  df-pw 3361  df-sn 3381  df-pr 3382  df-op 3384  df-uni 3581  df-int 3616  df-iun 3659  df-br 3765  df-opab 3819  df-mpt 3820  df-tr 3855  df-eprel 4026  df-id 4030  df-po 4033  df-iso 4034  df-iord 4103  df-on 4105  df-suc 4108  df-iom 4314  df-xp 4351  df-rel 4352  df-cnv 4353  df-co 4354  df-dm 4355  df-rn 4356  df-res 4357  df-ima 4358  df-iota 4867  df-fun 4904  df-fn 4905  df-f 4906  df-f1 4907  df-fo 4908  df-f1o 4909  df-fv 4910  df-riota 5468  df-ov 5515  df-oprab 5516  df-mpt2 5517  df-1st 5767  df-2nd 5768  df-recs 5920  df-irdg 5957  df-frec 5978  df-1o 6001  df-2o 6002  df-oadd 6005  df-omul 6006  df-er 6106  df-ec 6108  df-qs 6112  df-ni 6402  df-pli 6403  df-mi 6404  df-lti 6405  df-plpq 6442  df-mpq 6443  df-enq 6445  df-nqqs 6446  df-plqqs 6447  df-mqqs 6448  df-1nqqs 6449  df-rq 6450  df-ltnqqs 6451  df-enq0 6522  df-nq0 6523  df-0nq0 6524  df-plq0 6525  df-mq0 6526  df-inp 6564  df-i1p 6565  df-iplp 6566  df-iltp 6568  df-enr 6811  df-nr 6812  df-ltr 6815  df-0r 6816  df-1r 6817  df-0 6896  df-1 6897  df-r 6899  df-lt 6902  df-pnf 7062  df-mnf 7063  df-xr 7064  df-ltxr 7065  df-le 7066  df-sub 7184  df-neg 7185  df-reap 7566  df-ap 7573  df-div 7652  df-inn 7915  df-2 7973  df-3 7974  df-4 7975  df-n0 8182  df-z 8246  df-uz 8474  df-rp 8584  df-iseq 9212  df-iexp 9255  df-cj 9442  df-re 9443  df-im 9444  df-rsqrt 9596  df-abs 9597  df-clim 9800
This theorem is referenced by:  climcvg1nlem  9868
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