Theorem geoihalfsum 12314

Description: Prove that the infinite geometric series of 1/2, 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... = 1. Uses geoisum1 12311. This is a representation of .111... in binary with an infinite number of 1's. Theorem 0.999... 12313 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 9384	. . . . 5 |- 2 e. CC
2	1	a1i 9	. . . 4 |- ( k e. NN -> 2 e. CC )
3		2ap0 9406	. . . . 5 |- 2 # 0
4	3	a1i 9	. . . 4 |- ( k e. NN -> 2 # 0 )
5		nnz 9674	. . . 4 |- ( k e. NN -> k e. ZZ )
6	2, 4, 5	exprecapd 11140	. . 3 |- ( k e. NN -> ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = ( 1 / ( 2 ^ k ) ) )
7	6	sumeq2i 12155	. 2 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) )
8		halfcn 9530	. . . 4 |- ( 1 / 2 ) e. CC
9		halfre 9529	. . . . . 6 |- ( 1 / 2 ) e. RR
10		halfge0 9532	. . . . . 6 |- 0 <_ ( 1 / 2 )
11		absid 11859	. . . . . 6 |- ( ( ( 1 / 2 ) e. RR /\ 0 <_ ( 1 / 2 ) ) -> ( abs ` ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 ) )
12	9, 10, 11	mp2an 430	. . . . 5 |- ( abs ` ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 )
13		halflt1 9533	. . . . 5 |- ( 1 / 2 ) < 1
14	12, 13	eqbrtri 4152	. . . 4 |- ( abs ` ( 1 / 2 ) ) < 1
15		geoisum1 12311	. . . 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 430	. . 3 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = ( ( 1 / 2 ) / ( 1 - ( 1 / 2 ) ) )
17		1mhlfehlf 9534	. . . 4 |- ( 1 - ( 1 / 2 ) ) = ( 1 / 2 )
18	17	oveq2i 6099	. . 3 |- ( ( 1 / 2 ) / ( 1 - ( 1 / 2 ) ) ) = ( ( 1 / 2 ) / ( 1 / 2 ) )
19		ax-1cn 8278	. . . . 5 |- 1 e. CC
20		1ap0 8926	. . . . 5 |- 1 # 0
21	19, 1, 20, 3	divap0i 9098	. . . 4 |- ( 1 / 2 ) # 0
22	8, 21	dividapi 9083	. . 3 |- ( ( 1 / 2 ) / ( 1 / 2 ) ) = 1
23	16, 18, 22	3eqtri 2263	. 2 |- sum_ k e. NN ( ( 1 / 2 ) ^ k ) = 1
24	7, 23	eqtr3i 2261	1 |- sum_ k e. NN ( 1 / ( 2 ^ k ) ) = 1

This proof depends on syntax axioms:   = wceq 1402   e. wcel 2209   class class class wbr 4131   ` cfv 5380  (class class class)co 6088   CCcc 8183   RRcr 8184   0cc0 8185   1c1 8186   < clt 8366   <_ cle 8367   - cmin 8504   # cap 8917   / cdiv 9010   NNcn 9313   2c2 9364   ^cexp 10996   abscabs 11785   sum_csu 12144

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4248  ax-sep 4251  ax-nul 4261  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-iinf 4737  ax-cnex 8276  ax-resscn 8277  ax-1cn 8278  ax-1re 8279  ax-icn 8280  ax-addcl 8281  ax-addrcl 8282  ax-mulcl 8283  ax-mulrcl 8284  ax-addcom 8285  ax-mulcom 8286  ax-addass 8287  ax-mulass 8288  ax-distr 8289  ax-i2m1 8290  ax-0lt1 8291  ax-1rid 8292  ax-0id 8293  ax-rnegex 8294  ax-precex 8295  ax-cnre 8296  ax-pre-ltirr 8297  ax-pre-ltwlin 8298  ax-pre-lttrn 8299  ax-pre-apti 8300  ax-pre-ltadd 8301  ax-pre-mulgt0 8302  ax-pre-mulext 8303  ax-arch 8304  ax-caucvg 8305

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-tr 4232  df-id 4440  df-po 4443  df-iso 4444  df-iord 4513  df-on 4515  df-ilim 4516  df-suc 4518  df-iom 4740  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-isom 5389  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-recs 6580  df-irdg 6645  df-frec 6666  df-1o 6691  df-oadd 6695  df-er 6811  df-en 7027  df-dom 7028  df-fin 7029  df-pnf 8368  df-mnf 8369  df-xr 8370  df-ltxr 8371  df-le 8372  df-sub 8506  df-neg 8507  df-reap 8911  df-ap 8918  df-div 9011  df-inn 9314  df-2 9372  df-3 9373  df-4 9374  df-n0 9575  df-z 9656  df-uz 9938  df-q 10036  df-rp 10072  df-fz 10429  df-fzo 10567  df-seqfrec 10906  df-exp 10997  df-ihash 11237  df-cj 11629  df-re 11630  df-im 11631  df-rsqrt 11786  df-abs 11787  df-clim 12070  df-sumdc 12145

This theorem is used by:  trilpolemgt1  17295  trilpolemeq1  17296  redcwlpolemeq1  17311