Theorem geoihalfsum 11687

Description: Prove that the infinite geometric series of 1/2, 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... = 1. Uses geoisum1 11684. This is a representation of .111... in binary with an infinite number of 1's. Theorem 0.999... 11686 proves a similar claim for .999... in base 10. (Contributed by David A. Wheeler, 4-Jan-2017.) (Proof shortened by AV, 9-Jul-2022.)

Assertion

Ref	Expression
geoihalfsum	|- sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) ) = 1

Proof of Theorem geoihalfsum

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2cn 9061	. . . . 5 |- 2 e. CC
2	1	a1i 9	. . . 4 |- ( k e. NN -> 2 e. CC )
3		2ap0 9083	. . . . 5 |- 2 # 0
4	3	a1i 9	. . . 4 |- ( k e. NN -> 2 # 0 )
5		nnz 9345	. . . 4 |- ( k e. NN -> k e. ZZ )
6	2, 4, 5	exprecapd 10773	. . 3 |- ( k e. NN -> ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = ( 1 / ( 2 ^ k ) ) )
7	6	sumeq2i 11529	. 2 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) )
8		halfcn 9205	. . . 4 |- ( 1 / 2 ) e. CC
9		halfre 9204	. . . . . 6 |- ( 1 / 2 ) e. RR
10		halfge0 9207	. . . . . 6 |- 0 <_ ( 1 / 2 )
11		absid 11236	. . . . . 6 |- ( ( ( 1 / 2 ) e. RR /\ 0 <_ ( 1 / 2 ) ) -> ( abs ` ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 ) )
12	9, 10, 11	mp2an 426	. . . . 5 |- ( abs ` ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 )
13		halflt1 9208	. . . . 5 |- ( 1 / 2 ) < 1
14	12, 13	eqbrtri 4054	. . . 4 |- ( abs ` ( 1 / 2 ) ) < 1
15		geoisum1 11684	. . . 4 |- ( ( ( 1 / 2 ) e. CC /\ ( abs ` ( 1 / 2 ) ) < 1 ) -> sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = ( ( 1 / 2 ) / ( 1 - ( 1 / 2 ) ) ) )
16	8, 14, 15	mp2an 426	. . 3 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = ( ( 1 / 2 ) / ( 1 - ( 1 / 2 ) ) )
17		1mhlfehlf 9209	. . . 4 |- ( 1 - ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 )
18	17	oveq2i 5933	. . 3 |- ( ( 1 / 2 ) / ( 1 - ( 1 / 2 ) ) ) = ( ( 1 / 2 ) / ( 1 / 2 ) )
19		ax-1cn 7972	. . . . 5 |- 1 e. CC
20		1ap0 8617	. . . . 5 |- 1 # 0
21	19, 1, 20, 3	divap0i 8787	. . . 4 |- ( 1 / 2 ) # 0
22	8, 21	dividapi 8772	. . 3 |- ( ( 1 / 2 ) / ( 1 / 2 ) ) = 1
23	16, 18, 22	3eqtri 2221	. 2 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = 1
24	7, 23	eqtr3i 2219	1 |- sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) ) = 1

Syntax hints:   = wceq 1364   e. wcel 2167   class class class wbr 4033   ` cfv 5258  (class class class)co 5922   CCcc 7877   RRcr 7878   0cc0 7879   1c1 7880   < clt 8061   <_ cle 8062   - cmin 8197   # cap 8608   / cdiv 8699   NNcn 8990   2c2 9041   ^cexp 10630   abscabs 11162   sum_csu 11518

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624  ax-cnex 7970  ax-resscn 7971  ax-1cn 7972  ax-1re 7973  ax-icn 7974  ax-addcl 7975  ax-addrcl 7976  ax-mulcl 7977  ax-mulrcl 7978  ax-addcom 7979  ax-mulcom 7980  ax-addass 7981  ax-mulass 7982  ax-distr 7983  ax-i2m1 7984  ax-0lt1 7985  ax-1rid 7986  ax-0id 7987  ax-rnegex 7988  ax-precex 7989  ax-cnre 7990  ax-pre-ltirr 7991  ax-pre-ltwlin 7992  ax-pre-lttrn 7993  ax-pre-apti 7994  ax-pre-ltadd 7995  ax-pre-mulgt0 7996  ax-pre-mulext 7997  ax-arch 7998  ax-caucvg 7999

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-id 4328  df-po 4331  df-iso 4332  df-iord 4401  df-on 4403  df-ilim 4404  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-isom 5267  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-1st 6198  df-2nd 6199  df-recs 6363  df-irdg 6428  df-frec 6449  df-1o 6474  df-oadd 6478  df-er 6592  df-en 6800  df-dom 6801  df-fin 6802  df-pnf 8063  df-mnf 8064  df-xr 8065  df-ltxr 8066  df-le 8067  df-sub 8199  df-neg 8200  df-reap 8602  df-ap 8609  df-div 8700  df-inn 8991  df-2 9049  df-3 9050  df-4 9051  df-n0 9250  df-z 9327  df-uz 9602  df-q 9694  df-rp 9729  df-fz 10084  df-fzo 10218  df-seqfrec 10540  df-exp 10631  df-ihash 10868  df-cj 11007  df-re 11008  df-im 11009  df-rsqrt 11163  df-abs 11164  df-clim 11444  df-sumdc 11519

This theorem is referenced by:  trilpolemgt1  15683  trilpolemeq1  15684  redcwlpolemeq1  15698