Theorem geoisum1 12205

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 9890	. . 3 |- NN = ( ZZ>= ` 1 )
2		1zzd 9604	. . 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 9553	. . . . 5 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> k e. NN0 )
6	4, 5	expcld 11035	. . . 4 |- ( ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) /\ k e. NN ) -> ( A ^ k ) e. CC )
7		oveq2 6058	. . . . 5 |- ( n = k -> ( A ^ n ) = ( A ^ k ) )
8		eqid 2232	. . . . 5 |- ( n e. NN |-> ( A ^ n ) ) = ( n e. NN |-> ( A ^ n ) )
9	7, 8	fvmptg 5753	. . . 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 9512	. . . . 5 |- 1 e. NN0
14	13	a1i 9	. . . 4 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> 1 e. NN0 )
15		elnnuz 9891	. . . . 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 12198	. . 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 12107	. 2 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> sum_ k e. NN ( A ^ k ) = ( ( A ^ 1 ) / ( 1 - A ) ) )
19		exp1 10907	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( A ^ 1 ) = A )
20	19	adantr 276	. . 3 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> ( A ^ 1 ) = A )
21	20	oveq1d 6065	. 2 |- ( ( A e. CC /\ ( abs ` A ) < 1 ) -> ( ( A ^ 1 ) / ( 1 - A ) ) = ( A / ( 1 - A ) ) )
22	18, 21	eqtrd 2265	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 2203   class class class wbr 4109   |-> cmpt 4171   ` cfv 5352  (class class class)co 6050   CCcc 8125   1c1 8128   < clt 8308   - cmin 8444   / cdiv 8946   NNcn 9237   NN0cn0 9496   ZZ>=cuz 9853   ^cexp 10900   abscabs 11682   sum_csu 12038

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 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4225  ax-sep 4228  ax-nul 4236  ax-pow 4287  ax-pr 4322  ax-un 4554  ax-setind 4659  ax-iinf 4710  ax-cnex 8218  ax-resscn 8219  ax-1cn 8220  ax-1re 8221  ax-icn 8222  ax-addcl 8223  ax-addrcl 8224  ax-mulcl 8225  ax-mulrcl 8226  ax-addcom 8227  ax-mulcom 8228  ax-addass 8229  ax-mulass 8230  ax-distr 8231  ax-i2m1 8232  ax-0lt1 8233  ax-1rid 8234  ax-0id 8235  ax-rnegex 8236  ax-precex 8237  ax-cnre 8238  ax-pre-ltirr 8239  ax-pre-ltwlin 8240  ax-pre-lttrn 8241  ax-pre-apti 8242  ax-pre-ltadd 8243  ax-pre-mulgt0 8244  ax-pre-mulext 8245  ax-arch 8246  ax-caucvg 8247

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 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2815  df-sbc 3043  df-csb 3139  df-dif 3213  df-un 3215  df-in 3217  df-ss 3224  df-nul 3509  df-if 3621  df-pw 3671  df-sn 3695  df-pr 3696  df-op 3698  df-uni 3915  df-int 3950  df-iun 3993  df-br 4110  df-opab 4172  df-mpt 4173  df-tr 4209  df-id 4414  df-po 4417  df-iso 4418  df-iord 4487  df-on 4489  df-ilim 4490  df-suc 4492  df-iom 4713  df-xp 4755  df-rel 4756  df-cnv 4757  df-co 4758  df-dm 4759  df-rn 4760  df-res 4761  df-ima 4762  df-iota 5312  df-fun 5354  df-fn 5355  df-f 5356  df-f1 5357  df-fo 5358  df-f1o 5359  df-fv 5360  df-isom 5361  df-riota 6003  df-ov 6053  df-oprab 6054  df-mpo 6055  df-1st 6334  df-2nd 6335  df-recs 6536  df-irdg 6601  df-frec 6622  df-1o 6647  df-oadd 6651  df-er 6767  df-en 6976  df-dom 6977  df-fin 6978  df-pnf 8310  df-mnf 8311  df-xr 8312  df-ltxr 8313  df-le 8314  df-sub 8446  df-neg 8447  df-reap 8849  df-ap 8856  df-div 8947  df-inn 9238  df-2 9296  df-3 9297  df-4 9298  df-n0 9497  df-z 9578  df-uz 9854  df-q 9952  df-rp 9987  df-fz 10343  df-fzo 10477  df-seqfrec 10810  df-exp 10901  df-ihash 11139  df-cj 11527  df-re 11528  df-im 11529  df-rsqrt 11683  df-abs 11684  df-clim 11964  df-sumdc 12039

This theorem is referenced by:  geoisum1c  12206  geoihalfsum  12208