Theorem geoihalfsum 12082

Description: Prove that the infinite geometric series of 1/2, 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... = 1. Uses geoisum1 12079. This is a representation of .111... in binary with an infinite number of 1's. Theorem 0.999... 12081 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 9213	. . . . 5 |- 2 e. CC
2	1	a1i 9	. . . 4 |- ( k e. NN -> 2 e. CC )
3		2ap0 9235	. . . . 5 |- 2 # 0
4	3	a1i 9	. . . 4 |- ( k e. NN -> 2 # 0 )
5		nnz 9497	. . . 4 |- ( k e. NN -> k e. ZZ )
6	2, 4, 5	exprecapd 10942	. . 3 |- ( k e. NN -> ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = ( 1 / ( 2 ^ k ) ) )
7	6	sumeq2i 11924	. 2 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) )
8		halfcn 9357	. . . 4 |- ( 1 / 2 ) e. CC
9		halfre 9356	. . . . . 6 |- ( 1 / 2 ) e. RR
10		halfge0 9359	. . . . . 6 |- 0 <_ ( 1 / 2 )
11		absid 11631	. . . . . 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 9360	. . . . 5 |- ( 1 / 2 ) < 1
14	12, 13	eqbrtri 4109	. . . 4 |- ( abs ` ( 1 / 2 ) ) < 1
15		geoisum1 12079	. . . 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 9361	. . . 4 |- ( 1 - ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 )
18	17	oveq2i 6028	. . 3 |- ( ( 1 / 2 ) / ( 1 - ( 1 / 2 ) ) ) = ( ( 1 / 2 ) / ( 1 / 2 ) )
19		ax-1cn 8124	. . . . 5 |- 1 e. CC
20		1ap0 8769	. . . . 5 |- 1 # 0
21	19, 1, 20, 3	divap0i 8939	. . . 4 |- ( 1 / 2 ) # 0
22	8, 21	dividapi 8924	. . 3 |- ( ( 1 / 2 ) / ( 1 / 2 ) ) = 1
23	16, 18, 22	3eqtri 2256	. 2 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = 1
24	7, 23	eqtr3i 2254	1 |- sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) ) = 1

Syntax hints:   = wceq 1397   e. wcel 2202   class class class wbr 4088   ` cfv 5326  (class class class)co 6017   CCcc 8029   RRcr 8030   0cc0 8031   1c1 8032   < clt 8213   <_ cle 8214   - cmin 8349   # cap 8760   / cdiv 8851   NNcn 9142   2c2 9193   ^cexp 10799   abscabs 11557   sum_csu 11913

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 619  ax-in2 620  ax-io 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4204  ax-sep 4207  ax-nul 4215  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-iinf 4686  ax-cnex 8122  ax-resscn 8123  ax-1cn 8124  ax-1re 8125  ax-icn 8126  ax-addcl 8127  ax-addrcl 8128  ax-mulcl 8129  ax-mulrcl 8130  ax-addcom 8131  ax-mulcom 8132  ax-addass 8133  ax-mulass 8134  ax-distr 8135  ax-i2m1 8136  ax-0lt1 8137  ax-1rid 8138  ax-0id 8139  ax-rnegex 8140  ax-precex 8141  ax-cnre 8142  ax-pre-ltirr 8143  ax-pre-ltwlin 8144  ax-pre-lttrn 8145  ax-pre-apti 8146  ax-pre-ltadd 8147  ax-pre-mulgt0 8148  ax-pre-mulext 8149  ax-arch 8150  ax-caucvg 8151

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 842  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-if 3606  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-iun 3972  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-tr 4188  df-id 4390  df-po 4393  df-iso 4394  df-iord 4463  df-on 4465  df-ilim 4466  df-suc 4468  df-iom 4689  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-f1 5331  df-fo 5332  df-f1o 5333  df-fv 5334  df-isom 5335  df-riota 5970  df-ov 6020  df-oprab 6021  df-mpo 6022  df-1st 6302  df-2nd 6303  df-recs 6470  df-irdg 6535  df-frec 6556  df-1o 6581  df-oadd 6585  df-er 6701  df-en 6909  df-dom 6910  df-fin 6911  df-pnf 8215  df-mnf 8216  df-xr 8217  df-ltxr 8218  df-le 8219  df-sub 8351  df-neg 8352  df-reap 8754  df-ap 8761  df-div 8852  df-inn 9143  df-2 9201  df-3 9202  df-4 9203  df-n0 9402  df-z 9479  df-uz 9755  df-q 9853  df-rp 9888  df-fz 10243  df-fzo 10377  df-seqfrec 10709  df-exp 10800  df-ihash 11037  df-cj 11402  df-re 11403  df-im 11404  df-rsqrt 11558  df-abs 11559  df-clim 11839  df-sumdc 11914

This theorem is referenced by:  trilpolemgt1  16643  trilpolemeq1  16644  redcwlpolemeq1  16658