Theorem geoserap 10964

Description: The value of the finite geometric series 1 + A ^ 1 + A ^ 2 +... + A ^ ( N - 1 ). This is Metamath 100 proof #66. (Contributed by NM, 12-May-2006.) (Revised by Jim Kingdon, 24-Oct-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
geoser.1	|- ( ph -> A e. CC )
geoser.2	|- ( ph -> A # 1 )
geoser.3	|- ( ph -> N e. NN0 )

Assertion

Ref	Expression
geoserap	|- ( ph -> sum_ k e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) ( A ^ k ) = ( ( 1 - ( A ^ N ) ) / ( 1 - A ) ) )

Distinct variable groups:   A, k   k, N   ph, k

Proof of Theorem geoserap

Step	Hyp	Ref	Expression
1		geoser.1	. . 3 |- ( ph -> A e. CC )
2		geoser.2	. . 3 |- ( ph -> A # 1 )
3		0nn0 8751	. . . 4 |- 0 e. NN0
4	3	a1i 9	. . 3 |- ( ph -> 0 e. NN0 )
5		geoser.3	. . . 4 |- ( ph -> N e. NN0 )
6		nn0uz 9116	. . . 4 |- NN0 = ( ZZ>= ` 0 )
7	5, 6	syl6eleq 2181	. . 3 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` 0 ) )
8	1, 2, 4, 7	geosergap 10963	. 2 |- ( ph -> sum_ k e. ( 0..^ N ) ( A ^ k ) = ( ( ( A ^ 0 ) - ( A ^ N ) ) / ( 1 - A ) ) )
9	5	nn0zd 8929	. . . 4 |- ( ph -> N e. ZZ )
10		fzoval 9622	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( 0..^ N ) = ( 0 ... ( N - 1 ) ) )
11	9, 10	syl 14	. . 3 |- ( ph -> ( 0..^ N ) = ( 0 ... ( N - 1 ) ) )
12	11	sumeq1d 10818	. 2 |- ( ph -> sum_ k e. ( 0..^ N ) ( A ^ k ) = sum_ k e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) ( A ^ k ) )
13	1	exp0d 10143	. . . 4 |- ( ph -> ( A ^ 0 ) = 1 )
14	13	oveq1d 5683	. . 3 |- ( ph -> ( ( A ^ 0 ) - ( A ^ N ) ) = ( 1 - ( A ^ N ) ) )
15	14	oveq1d 5683	. 2 |- ( ph -> ( ( ( A ^ 0 ) - ( A ^ N ) ) / ( 1 - A ) ) = ( ( 1 - ( A ^ N ) ) / ( 1 - A ) ) )
16	8, 12, 15	3eqtr3d 2129	1 |- ( ph -> sum_ k e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) ( A ^ k ) = ( ( 1 - ( A ^ N ) ) / ( 1 - A ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   = wceq 1290   e. wcel 1439   class class class wbr 3853   ` cfv 5030  (class class class)co 5668   CCcc 7411   0cc0 7413   1c1 7414   - cmin 7716   # cap 8121   / cdiv 8202   NN0cn0 8736   ZZcz 8813   ZZ>=cuz 9082   ...cfz 9487  ..^cfzo 9616   ^cexp 10017   sum_csu 10805

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 580  ax-in2 581  ax-io 666  ax-5 1382  ax-7 1383  ax-gen 1384  ax-ie1 1428  ax-ie2 1429  ax-8 1441  ax-10 1442  ax-11 1443  ax-i12 1444  ax-bndl 1445  ax-4 1446  ax-13 1450  ax-14 1451  ax-17 1465  ax-i9 1469  ax-ial 1473  ax-i5r 1474  ax-ext 2071  ax-coll 3962  ax-sep 3965  ax-nul 3973  ax-pow 4017  ax-pr 4047  ax-un 4271  ax-setind 4368  ax-iinf 4418  ax-cnex 7499  ax-resscn 7500  ax-1cn 7501  ax-1re 7502  ax-icn 7503  ax-addcl 7504  ax-addrcl 7505  ax-mulcl 7506  ax-mulrcl 7507  ax-addcom 7508  ax-mulcom 7509  ax-addass 7510  ax-mulass 7511  ax-distr 7512  ax-i2m1 7513  ax-0lt1 7514  ax-1rid 7515  ax-0id 7516  ax-rnegex 7517  ax-precex 7518  ax-cnre 7519  ax-pre-ltirr 7520  ax-pre-ltwlin 7521  ax-pre-lttrn 7522  ax-pre-apti 7523  ax-pre-ltadd 7524  ax-pre-mulgt0 7525  ax-pre-mulext 7526  ax-arch 7527  ax-caucvg 7528

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 782  df-3or 926  df-3an 927  df-tru 1293  df-fal 1296  df-nf 1396  df-sb 1694  df-eu 1952  df-mo 1953  df-clab 2076  df-cleq 2082  df-clel 2085  df-nfc 2218  df-ne 2257  df-nel 2352  df-ral 2365  df-rex 2366  df-reu 2367  df-rmo 2368  df-rab 2369  df-v 2624  df-sbc 2844  df-csb 2937  df-dif 3004  df-un 3006  df-in 3008  df-ss 3015  df-nul 3290  df-if 3400  df-pw 3437  df-sn 3458  df-pr 3459  df-op 3461  df-uni 3662  df-int 3697  df-iun 3740  df-br 3854  df-opab 3908  df-mpt 3909  df-tr 3945  df-id 4131  df-po 4134  df-iso 4135  df-iord 4204  df-on 4206  df-ilim 4207  df-suc 4209  df-iom 4421  df-xp 4460  df-rel 4461  df-cnv 4462  df-co 4463  df-dm 4464  df-rn 4465  df-res 4466  df-ima 4467  df-iota 4995  df-fun 5032  df-fn 5033  df-f 5034  df-f1 5035  df-fo 5036  df-f1o 5037  df-fv 5038  df-isom 5039  df-riota 5624  df-ov 5671  df-oprab 5672  df-mpt2 5673  df-1st 5927  df-2nd 5928  df-recs 6086  df-irdg 6151  df-frec 6172  df-1o 6197  df-oadd 6201  df-er 6308  df-en 6514  df-dom 6515  df-fin 6516  df-pnf 7587  df-mnf 7588  df-xr 7589  df-ltxr 7590  df-le 7591  df-sub 7718  df-neg 7719  df-reap 8115  df-ap 8122  df-div 8203  df-inn 8486  df-2 8544  df-3 8545  df-4 8546  df-n0 8737  df-z 8814  df-uz 9083  df-q 9168  df-rp 9198  df-fz 9488  df-fzo 9617  df-iseq 9916  df-seq3 9917  df-exp 10018  df-ihash 10247  df-cj 10339  df-re 10340  df-im 10341  df-rsqrt 10494  df-abs 10495  df-clim 10730  df-isum 10806

This theorem is referenced by:  pwm1geoserap1  10965  geolim  10968  geolim2  10969  geo2sum  10971  geo2sum2  10972