Theorem geo2sum2 11456

Description: The value of the finite geometric series 1 + 2 + 4 + 8 +... + 2 ^ ( N - 1 ). (Contributed by Mario Carneiro, 7-Sep-2016.)

Assertion

Ref	Expression
geo2sum2	|- ( N e. NN0 -> sum_ k e. ( 0..^ N ) ( 2 ^ k ) = ( ( 2 ^ N ) - 1 ) )

Distinct variable group:   k, N

Proof of Theorem geo2sum2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nn0z 9211	. . . 4 |- ( N e. NN0 -> N e. ZZ )
2		fzoval 10083	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( 0..^ N ) = ( 0 ... ( N - 1 ) ) )
3	1, 2	syl 14	. . 3 |- ( N e. NN0 -> ( 0..^ N ) = ( 0 ... ( N - 1 ) ) )
4	3	sumeq1d 11307	. 2 |- ( N e. NN0 -> sum_ k e. ( 0..^ N ) ( 2 ^ k ) = sum_ k e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) ( 2 ^ k ) )
5		2cn 8928	. . . 4 |- 2 e. CC
6	5	a1i 9	. . 3 |- ( N e. NN0 -> 2 e. CC )
7		1ap2 9064	. . . . 5 |- 1 # 2
8		ax-1cn 7846	. . . . . 6 |- 1 e. CC
9		apsym 8504	. . . . . 6 |- ( ( 1 e. CC /\ 2 e. CC ) -> ( 1 # 2 <-> 2 # 1 ) )
10	8, 5, 9	mp2an 423	. . . . 5 |- ( 1 # 2 <-> 2 # 1 )
11	7, 10	mpbi 144	. . . 4 |- 2 # 1
12	11	a1i 9	. . 3 |- ( N e. NN0 -> 2 # 1 )
13		id 19	. . 3 |- ( N e. NN0 -> N e. NN0 )
14	6, 12, 13	geoserap 11448	. 2 |- ( N e. NN0 -> sum_ k e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) ( 2 ^ k ) = ( ( 1 - ( 2 ^ N ) ) / ( 1 - 2 ) ) )
15	6, 13	expcld 10588	. . . . 5 |- ( N e. NN0 -> ( 2 ^ N ) e. CC )
16	8	a1i 9	. . . . 5 |- ( N e. NN0 -> 1 e. CC )
17	15, 16	subcld 8209	. . . 4 |- ( N e. NN0 -> ( ( 2 ^ N ) - 1 ) e. CC )
18		1ap0 8488	. . . . 5 |- 1 # 0
19	18	a1i 9	. . . 4 |- ( N e. NN0 -> 1 # 0 )
20	17, 16, 19	div2negapd 8701	. . 3 |- ( N e. NN0 -> ( -u ( ( 2 ^ N ) - 1 ) / -u 1 ) = ( ( ( 2 ^ N ) - 1 ) / 1 ) )
21	15, 16	negsubdi2d 8225	. . . 4 |- ( N e. NN0 -> -u ( ( 2 ^ N ) - 1 ) = ( 1 - ( 2 ^ N ) ) )
22		2m1e1 8975	. . . . . . 7 |- ( 2 - 1 ) = 1
23	22	negeqi 8092	. . . . . 6 |- -u ( 2 - 1 ) = -u 1
24	5, 8	negsubdi2i 8184	. . . . . 6 |- -u ( 2 - 1 ) = ( 1 - 2 )
25	23, 24	eqtr3i 2188	. . . . 5 |- -u 1 = ( 1 - 2 )
26	25	a1i 9	. . . 4 |- ( N e. NN0 -> -u 1 = ( 1 - 2 ) )
27	21, 26	oveq12d 5860	. . 3 |- ( N e. NN0 -> ( -u ( ( 2 ^ N ) - 1 ) / -u 1 ) = ( ( 1 - ( 2 ^ N ) ) / ( 1 - 2 ) ) )
28	17	div1d 8676	. . 3 |- ( N e. NN0 -> ( ( ( 2 ^ N ) - 1 ) / 1 ) = ( ( 2 ^ N ) - 1 ) )
29	20, 27, 28	3eqtr3d 2206	. 2 |- ( N e. NN0 -> ( ( 1 - ( 2 ^ N ) ) / ( 1 - 2 ) ) = ( ( 2 ^ N ) - 1 ) )
30	4, 14, 29	3eqtrd 2202	1 |- ( N e. NN0 -> sum_ k e. ( 0..^ N ) ( 2 ^ k ) = ( ( 2 ^ N ) - 1 ) )

Syntax hints:   -> wi 4   <-> wb 104   = wceq 1343   e. wcel 2136   class class class wbr 3982  (class class class)co 5842   CCcc 7751   0cc0 7753   1c1 7754   - cmin 8069   -ucneg 8070   # cap 8479   / cdiv 8568   2c2 8908   NN0cn0 9114   ZZcz 9191   ...cfz 9944  ..^cfzo 10077   ^cexp 10454   sum_csu 11294

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-mulrcl 7852  ax-addcom 7853  ax-mulcom 7854  ax-addass 7855  ax-mulass 7856  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-1rid 7860  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-precex 7863  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869  ax-pre-mulgt0 7870  ax-pre-mulext 7871  ax-arch 7872  ax-caucvg 7873

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 825  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-if 3521  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-po 4274  df-iso 4275  df-iord 4344  df-on 4346  df-ilim 4347  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-isom 5197  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1st 6108  df-2nd 6109  df-recs 6273  df-irdg 6338  df-frec 6359  df-1o 6384  df-oadd 6388  df-er 6501  df-en 6707  df-dom 6708  df-fin 6709  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-reap 8473  df-ap 8480  df-div 8569  df-inn 8858  df-2 8916  df-3 8917  df-4 8918  df-n0 9115  df-z 9192  df-uz 9467  df-q 9558  df-rp 9590  df-fz 9945  df-fzo 10078  df-seqfrec 10381  df-exp 10455  df-ihash 10689  df-cj 10784  df-re 10785  df-im 10786  df-rsqrt 10940  df-abs 10941  df-clim 11220  df-sumdc 11295

This theorem is referenced by: (None)