ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  geosergap Unicode version

Theorem geosergap 11275
Description: The value of the finite geometric series  A ^ M  +  A ^ ( M  +  1 )  +...  +  A ^
( N  -  1 ). (Contributed by Mario Carneiro, 2-May-2016.) (Revised by Jim Kingdon, 24-Oct-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
geoserg.1  |-  ( ph  ->  A  e.  CC )
geosergap.2  |-  ( ph  ->  A #  1 )
geoserg.3  |-  ( ph  ->  M  e.  NN0 )
geoserg.4  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= `  M ) )
Assertion
Ref Expression
geosergap  |-  ( ph  -> 
sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k )  =  ( ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  / 
( 1  -  A
) ) )
Distinct variable groups:    A, k    k, M    k, N    ph, k

Proof of Theorem geosergap
Dummy variable  j is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 geoserg.3 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  M  e.  NN0 )
21nn0zd 9171 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  M  e.  ZZ )
3 geoserg.4 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= `  M ) )
4 eluzelz 9335 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  N  e.  ZZ )
53, 4syl 14 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  N  e.  ZZ )
6 fzofig 10205 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( M..^ N )  e.  Fin )
72, 5, 6syl2anc 408 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( M..^ N )  e.  Fin )
8 ax-1cn 7713 . . . . . 6  |-  1  e.  CC
9 geoserg.1 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  A  e.  CC )
10 subcl 7961 . . . . . 6  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  A  e.  CC )  ->  ( 1  -  A
)  e.  CC )
118, 9, 10sylancr 410 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( 1  -  A
)  e.  CC )
129adantr 274 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  A  e.  CC )
13 elfzouz 9928 . . . . . . 7  |-  ( k  e.  ( M..^ N
)  ->  k  e.  ( ZZ>= `  M )
)
14 eluznn0 9393 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  k  e.  ( ZZ>= `  M ) )  -> 
k  e.  NN0 )
151, 13, 14syl2an 287 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  k  e.  NN0 )
1612, 15expcld 10424 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( A ^
k )  e.  CC )
177, 11, 16fsummulc1 11218 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k )  x.  ( 1  -  A ) )  = 
sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( ( A ^ k
)  x.  ( 1  -  A ) ) )
18 1cnd 7782 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  1  e.  CC )
1916, 18, 12subdid 8176 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( ( A ^ k )  x.  ( 1  -  A
) )  =  ( ( ( A ^
k )  x.  1 )  -  ( ( A ^ k )  x.  A ) ) )
2016mulid1d 7783 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( ( A ^ k )  x.  1 )  =  ( A ^ k ) )
2112, 15expp1d 10425 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( A ^
( k  +  1 ) )  =  ( ( A ^ k
)  x.  A ) )
2221eqcomd 2145 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( ( A ^ k )  x.  A )  =  ( A ^ ( k  +  1 ) ) )
2320, 22oveq12d 5792 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( ( ( A ^ k )  x.  1 )  -  ( ( A ^
k )  x.  A
) )  =  ( ( A ^ k
)  -  ( A ^ ( k  +  1 ) ) ) )
2419, 23eqtrd 2172 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  k  e.  ( M..^ N ) )  ->  ( ( A ^ k )  x.  ( 1  -  A
) )  =  ( ( A ^ k
)  -  ( A ^ ( k  +  1 ) ) ) )
2524sumeq2dv 11137 . . . 4  |-  ( ph  -> 
sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( ( A ^ k
)  x.  ( 1  -  A ) )  =  sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( ( A ^ k
)  -  ( A ^ ( k  +  1 ) ) ) )
26 oveq2 5782 . . . . 5  |-  ( j  =  k  ->  ( A ^ j )  =  ( A ^ k
) )
27 oveq2 5782 . . . . 5  |-  ( j  =  ( k  +  1 )  ->  ( A ^ j )  =  ( A ^ (
k  +  1 ) ) )
28 oveq2 5782 . . . . 5  |-  ( j  =  M  ->  ( A ^ j )  =  ( A ^ M
) )
29 oveq2 5782 . . . . 5  |-  ( j  =  N  ->  ( A ^ j )  =  ( A ^ N
) )
309adantr 274 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  j  e.  ( M ... N ) )  ->  A  e.  CC )
31 elfzuz 9802 . . . . . . 7  |-  ( j  e.  ( M ... N )  ->  j  e.  ( ZZ>= `  M )
)
32 eluznn0 9393 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  j  e.  ( ZZ>= `  M ) )  -> 
j  e.  NN0 )
331, 31, 32syl2an 287 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  j  e.  ( M ... N ) )  ->  j  e.  NN0 )
3430, 33expcld 10424 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  j  e.  ( M ... N ) )  ->  ( A ^ j )  e.  CC )
3526, 27, 28, 29, 3, 34telfsumo 11235 . . . 4  |-  ( ph  -> 
sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( ( A ^ k
)  -  ( A ^ ( k  +  1 ) ) )  =  ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) ) )
3617, 25, 353eqtrrd 2177 . . 3  |-  ( ph  ->  ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  =  ( sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k
)  x.  ( 1  -  A ) ) )
379, 1expcld 10424 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( A ^ M
)  e.  CC )
38 eluznn0 9393 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  ( ZZ>= `  M ) )  ->  N  e.  NN0 )
391, 3, 38syl2anc 408 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  N  e.  NN0 )
409, 39expcld 10424 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( A ^ N
)  e.  CC )
4137, 40subcld 8073 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  e.  CC )
427, 16fsumcl 11169 . . . 4  |-  ( ph  -> 
sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k )  e.  CC )
43 geosergap.2 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  A #  1 )
44 1cnd 7782 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  1  e.  CC )
45 apneg 8373 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( A #  1  <->  -u A #  -u 1 ) )
469, 44, 45syl2anc 408 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( A #  1  <->  -u A #  -u 1 ) )
4743, 46mpbid 146 . . . . . 6  |-  ( ph  -> 
-u A #  -u 1
)
489negcld 8060 . . . . . . 7  |-  ( ph  -> 
-u A  e.  CC )
4944negcld 8060 . . . . . . 7  |-  ( ph  -> 
-u 1  e.  CC )
50 apadd2 8371 . . . . . . 7  |-  ( (
-u A  e.  CC  /\  -u 1  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( -u A #  -u 1  <->  ( 1  + 
-u A ) #  ( 1  +  -u 1
) ) )
5148, 49, 44, 50syl3anc 1216 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( -u A #  -u 1  <->  ( 1  +  -u A
) #  ( 1  + 
-u 1 ) ) )
5247, 51mpbid 146 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( 1  +  -u A ) #  ( 1  +  -u 1 ) )
5344, 9negsubd 8079 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( 1  +  -u A )  =  ( 1  -  A ) )
54 1pneg1e0 8831 . . . . . 6  |-  ( 1  +  -u 1 )  =  0
5554a1i 9 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( 1  +  -u
1 )  =  0 )
5652, 53, 553brtr3d 3959 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( 1  -  A
) #  0 )
5741, 42, 11, 56divmulap3d 8585 . . 3  |-  ( ph  ->  ( ( ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  / 
( 1  -  A
) )  =  sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k )  <->  ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  =  ( sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k )  x.  ( 1  -  A
) ) ) )
5836, 57mpbird 166 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  /  ( 1  -  A ) )  =  sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k ) )
5958eqcomd 2145 1  |-  ( ph  -> 
sum_ k  e.  ( M..^ N ) ( A ^ k )  =  ( ( ( A ^ M )  -  ( A ^ N ) )  / 
( 1  -  A
) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 103    <-> wb 104    = wceq 1331    e. wcel 1480   class class class wbr 3929   ` cfv 5123  (class class class)co 5774   Fincfn 6634   CCcc 7618   0cc0 7620   1c1 7621    + caddc 7623    x. cmul 7625    - cmin 7933   -ucneg 7934   # cap 8343    / cdiv 8432   NN0cn0 8977   ZZcz 9054   ZZ>=cuz 9326   ...cfz 9790  ..^cfzo 9919   ^cexp 10292   sum_csu 11122
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2121  ax-coll 4043  ax-sep 4046  ax-nul 4054  ax-pow 4098  ax-pr 4131  ax-un 4355  ax-setind 4452  ax-iinf 4502  ax-cnex 7711  ax-resscn 7712  ax-1cn 7713  ax-1re 7714  ax-icn 7715  ax-addcl 7716  ax-addrcl 7717  ax-mulcl 7718  ax-mulrcl 7719  ax-addcom 7720  ax-mulcom 7721  ax-addass 7722  ax-mulass 7723  ax-distr 7724  ax-i2m1 7725  ax-0lt1 7726  ax-1rid 7727  ax-0id 7728  ax-rnegex 7729  ax-precex 7730  ax-cnre 7731  ax-pre-ltirr 7732  ax-pre-ltwlin 7733  ax-pre-lttrn 7734  ax-pre-apti 7735  ax-pre-ltadd 7736  ax-pre-mulgt0 7737  ax-pre-mulext 7738  ax-arch 7739  ax-caucvg 7740
This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2002  df-mo 2003  df-clab 2126  df-cleq 2132  df-clel 2135  df-nfc 2270  df-ne 2309  df-nel 2404  df-ral 2421  df-rex 2422  df-reu 2423  df-rmo 2424  df-rab 2425  df-v 2688  df-sbc 2910  df-csb 3004  df-dif 3073  df-un 3075  df-in 3077  df-ss 3084  df-nul 3364  df-if 3475  df-pw 3512  df-sn 3533  df-pr 3534  df-op 3536  df-uni 3737  df-int 3772  df-iun 3815  df-br 3930  df-opab 3990  df-mpt 3991  df-tr 4027  df-id 4215  df-po 4218  df-iso 4219  df-iord 4288  df-on 4290  df-ilim 4291  df-suc 4293  df-iom 4505  df-xp 4545  df-rel 4546  df-cnv 4547  df-co 4548  df-dm 4549  df-rn 4550  df-res 4551  df-ima 4552  df-iota 5088  df-fun 5125  df-fn 5126  df-f 5127  df-f1 5128  df-fo 5129  df-f1o 5130  df-fv 5131  df-isom 5132  df-riota 5730  df-ov 5777  df-oprab 5778  df-mpo 5779  df-1st 6038  df-2nd 6039  df-recs 6202  df-irdg 6267  df-frec 6288  df-1o 6313  df-oadd 6317  df-er 6429  df-en 6635  df-dom 6636  df-fin 6637  df-pnf 7802  df-mnf 7803  df-xr 7804  df-ltxr 7805  df-le 7806  df-sub 7935  df-neg 7936  df-reap 8337  df-ap 8344  df-div 8433  df-inn 8721  df-2 8779  df-3 8780  df-4 8781  df-n0 8978  df-z 9055  df-uz 9327  df-q 9412  df-rp 9442  df-fz 9791  df-fzo 9920  df-seqfrec 10219  df-exp 10293  df-ihash 10522  df-cj 10614  df-re 10615  df-im 10616  df-rsqrt 10770  df-abs 10771  df-clim 11048  df-sumdc 11123
This theorem is referenced by:  geoserap  11276  cvgratnnlemsumlt  11297  cvgcmp2nlemabs  13227
  Copyright terms: Public domain W3C validator