Theorem geoisum1 12160

Description: The infinite sum of A ^ 1 + A ^ 2... is ( A / ( 1 - A ) ). (Contributed by NM, 1-Nov-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 26-Apr-2014.)

Assertion

Ref	Expression
geoisum1	|- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> sum_ k e. NN ( A ^ k ) = ( A / ( 1 - A ) ) )

Distinct variable group:   A, k

Proof of Theorem geoisum1

Dummy variable n is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnuz 9853	. . 3 |- NN = ( ZZ>= ` 1 )
2		1zzd 9567	. . 3 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> 1 e. ZZ )
3		simpr 110	. . . 4 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> k e. NN )
4		simpll 527	. . . . 5 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> A e. CC )
5	3	nnnn0d 9516	. . . . 5 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> k e. NN0 )
6	4, 5	expcld 10998	. . . 4 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> ( A ^ k ) e. CC )
7		oveq2 6036	. . . . 5 |- ( n = k -> ( A ^ n ) = ( A ^ k ) )
8		eqid 2231	. . . . 5 |- ( n e. NN |-> ( A ^ n ) ) = ( n e. NN |-> ( A ^ n ) )
9	7, 8	fvmptg 5731	. . . 4 |- ( ( k e. NN /\ ( A ^ k ) e. CC ) -> ( ( n e. NN |-> ( A ^ n ) ) ` k ) = ( A ^ k ) )
10	3, 6, 9	syl2anc 411	. . 3 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> ( ( n e. NN |-> ( A ^ n ) ) ` k ) = ( A ^ k ) )
11		simpl 109	. . . 4 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> A e. CC )
12		simpr 110	. . . 4 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> ( abs ` A ) < 1 )
13		1nn0 9477	. . . . 5 |- 1 e. NN0
14	13	a1i 9	. . . 4 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> 1 e. NN0 )
15		elnnuz 9854	. . . . 5 |- ( k e. NN <-> k e. ( ZZ>= ` 1 ) )
16	15, 10	sylan2br 288	. . . 4 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. ( ZZ>= ` 1 ) ) -> ( ( n e. NN |-> ( A ^ n ) ) ` k ) = ( A ^ k ) )
17	11, 12, 14, 16	geolim2 12153	. . 3 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> seq 1 ( + , ( n e. NN |-> ( A ^ n ) ) ) ~~> ( ( A ^ 1 ) / ( 1 - A ) ) )
18	1, 2, 10, 6, 17	isumclim 12062	. 2 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> sum_ k e. NN ( A ^ k ) = ( ( A ^ 1 ) / ( 1 - A ) ) )
19		exp1 10870	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( A ^ 1 ) = A )
20	19	adantr 276	. . 3 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> ( A ^ 1 ) = A )
21	20	oveq1d 6043	. 2 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> ( ( A ^ 1 ) / ( 1 - A ) ) = ( A / ( 1 - A ) ) )
22	18, 21	eqtrd 2264	1 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> sum_ k e. NN ( A ^ k ) = ( A / ( 1 - A ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1398   e. wcel 2202   class class class wbr 4093   |-> cmpt 4155   ` cfv 5333  (class class class)co 6028   CCcc 8090   1c1 8093   < clt 8273   - cmin 8409   / cdiv 8911   NNcn 9202   NN0cn0 9461   ZZ>=cuz 9816   ^cexp 10863   abscabs 11637   sum_csu 11993

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 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4209  ax-sep 4212  ax-nul 4220  ax-pow 4270  ax-pr 4305  ax-un 4536  ax-setind 4641  ax-iinf 4692  ax-cnex 8183  ax-resscn 8184  ax-1cn 8185  ax-1re 8186  ax-icn 8187  ax-addcl 8188  ax-addrcl 8189  ax-mulcl 8190  ax-mulrcl 8191  ax-addcom 8192  ax-mulcom 8193  ax-addass 8194  ax-mulass 8195  ax-distr 8196  ax-i2m1 8197  ax-0lt1 8198  ax-1rid 8199  ax-0id 8200  ax-rnegex 8201  ax-precex 8202  ax-cnre 8203  ax-pre-ltirr 8204  ax-pre-ltwlin 8205  ax-pre-lttrn 8206  ax-pre-apti 8207  ax-pre-ltadd 8208  ax-pre-mulgt0 8209  ax-pre-mulext 8210  ax-arch 8211  ax-caucvg 8212

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2364  df-ne 2404  df-nel 2499  df-ral 2516  df-rex 2517  df-reu 2518  df-rmo 2519  df-rab 2520  df-v 2805  df-sbc 3033  df-csb 3129  df-dif 3203  df-un 3205  df-in 3207  df-ss 3214  df-nul 3497  df-if 3608  df-pw 3658  df-sn 3679  df-pr 3680  df-op 3682  df-uni 3899  df-int 3934  df-iun 3977  df-br 4094  df-opab 4156  df-mpt 4157  df-tr 4193  df-id 4396  df-po 4399  df-iso 4400  df-iord 4469  df-on 4471  df-ilim 4472  df-suc 4474  df-iom 4695  df-xp 4737  df-rel 4738  df-cnv 4739  df-co 4740  df-dm 4741  df-rn 4742  df-res 4743  df-ima 4744  df-iota 5293  df-fun 5335  df-fn 5336  df-f 5337  df-f1 5338  df-fo 5339  df-f1o 5340  df-fv 5341  df-isom 5342  df-riota 5981  df-ov 6031  df-oprab 6032  df-mpo 6033  df-1st 6312  df-2nd 6313  df-recs 6514  df-irdg 6579  df-frec 6600  df-1o 6625  df-oadd 6629  df-er 6745  df-en 6953  df-dom 6954  df-fin 6955  df-pnf 8275  df-mnf 8276  df-xr 8277  df-ltxr 8278  df-le 8279  df-sub 8411  df-neg 8412  df-reap 8814  df-ap 8821  df-div 8912  df-inn 9203  df-2 9261  df-3 9262  df-4 9263  df-n0 9462  df-z 9541  df-uz 9817  df-q 9915  df-rp 9950  df-fz 10306  df-fzo 10440  df-seqfrec 10773  df-exp 10864  df-ihash 11101  df-cj 11482  df-re 11483  df-im 11484  df-rsqrt 11638  df-abs 11639  df-clim 11919  df-sumdc 11994

This theorem is referenced by:  geoisum1c  12161  geoihalfsum  12163