ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  arisum2 GIF version

Theorem arisum2 11506
Description: Arithmetic series sum of the first ๐‘ nonnegative integers. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Apr-2015.) (Proof shortened by AV, 2-Aug-2021.)
Assertion
Ref Expression
arisum2 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
Distinct variable group:   ๐‘˜,๐‘

Proof of Theorem arisum2
StepHypRef Expression
1 elnn0 9177 . 2 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†” (๐‘ โˆˆ โ„• โˆจ ๐‘ = 0))
2 nnm1nn0 9216 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„•0)
3 nn0uz 9561 . . . . . 6 โ„•0 = (โ„คโ‰ฅโ€˜0)
42, 3eleqtrdi 2270 . . . . 5 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜0))
5 elfznn0 10113 . . . . . . 7 (๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0)
65adantl 277 . . . . . 6 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0)
76nn0cnd 9230 . . . . 5 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„‚)
8 id 19 . . . . 5 (๐‘˜ = 0 โ†’ ๐‘˜ = 0)
94, 7, 8fsum1p 11425 . . . 4 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜))
10 1e0p1 9424 . . . . . . . . 9 1 = (0 + 1)
1110oveq1i 5884 . . . . . . . 8 (1...(๐‘ โˆ’ 1)) = ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))
1211sumeq1i 11370 . . . . . . 7 ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜
1312oveq2i 5885 . . . . . 6 (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜)
14 1zzd 9279 . . . . . . . . 9 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 1 โˆˆ โ„ค)
152nn0zd 9372 . . . . . . . . 9 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค)
1614, 15fzfigd 10430 . . . . . . . 8 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (1...(๐‘ โˆ’ 1)) โˆˆ Fin)
17 elfznn 10053 . . . . . . . . . 10 (๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1)) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•)
1817adantl 277 . . . . . . . . 9 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•)
1918nncnd 8932 . . . . . . . 8 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„‚)
2016, 19fsumcl 11407 . . . . . . 7 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ โˆˆ โ„‚)
2120addid2d 8106 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜)
2213, 21eqtr3id 2224 . . . . 5 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜)
23 arisum 11505 . . . . . . 7 ((๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„•0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ((((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) / 2))
242, 23syl 14 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ((((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) / 2))
25 nncn 8926 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚)
26252timesd 9160 . . . . . . . . . . . . 13 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (2 ยท ๐‘) = (๐‘ + ๐‘))
2726oveq2d 5890 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (๐‘ + ๐‘)))
2825sqcld 10651 . . . . . . . . . . . . 13 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘โ†‘2) โˆˆ โ„‚)
2928, 25, 25subsub4d 8298 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (๐‘ + ๐‘)))
3027, 29eqtr4d 2213 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘))
3130oveq1d 5889 . . . . . . . . . 10 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) + 1) = ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘) + 1))
32 binom2sub1 10634 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„‚ โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) + 1))
3325, 32syl 14 . . . . . . . . . 10 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) + 1))
3428, 25subcld 8267 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆˆ โ„‚)
35 1cnd 7972 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 1 โˆˆ โ„‚)
3634, 25, 35subsubd 8295 . . . . . . . . . 10 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)) = ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘) + 1))
3731, 33, 363eqtr4d 2220 . . . . . . . . 9 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)))
3837oveq1d 5889 . . . . . . . 8 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) = ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)) + (๐‘ โˆ’ 1)))
39 ax-1cn 7903 . . . . . . . . . 10 1 โˆˆ โ„‚
40 subcl 8155 . . . . . . . . . 10 ((๐‘ โˆˆ โ„‚ โˆง 1 โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„‚)
4125, 39, 40sylancl 413 . . . . . . . . 9 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„‚)
4234, 41npcand 8271 . . . . . . . 8 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)) + (๐‘ โˆ’ 1)) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘))
4338, 42eqtrd 2210 . . . . . . 7 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘))
4443oveq1d 5889 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) / 2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
4524, 44eqtrd 2210 . . . . 5 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
4622, 45eqtrd 2210 . . . 4 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
479, 46eqtrd 2210 . . 3 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
48 oveq1 5881 . . . . . . . 8 (๐‘ = 0 โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) = (0 โˆ’ 1))
4948oveq2d 5890 . . . . . . 7 (๐‘ = 0 โ†’ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) = (0...(0 โˆ’ 1)))
50 0re 7956 . . . . . . . . 9 0 โˆˆ โ„
51 ltm1 8802 . . . . . . . . 9 (0 โˆˆ โ„ โ†’ (0 โˆ’ 1) < 0)
5250, 51ax-mp 5 . . . . . . . 8 (0 โˆ’ 1) < 0
53 0z 9263 . . . . . . . . 9 0 โˆˆ โ„ค
54 peano2zm 9290 . . . . . . . . . 10 (0 โˆˆ โ„ค โ†’ (0 โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค)
5553, 54ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (0 โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค
56 fzn 10041 . . . . . . . . 9 ((0 โˆˆ โ„ค โˆง (0 โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค) โ†’ ((0 โˆ’ 1) < 0 โ†” (0...(0 โˆ’ 1)) = โˆ…))
5753, 55, 56mp2an 426 . . . . . . . 8 ((0 โˆ’ 1) < 0 โ†” (0...(0 โˆ’ 1)) = โˆ…)
5852, 57mpbi 145 . . . . . . 7 (0...(0 โˆ’ 1)) = โˆ…
5949, 58eqtrdi 2226 . . . . . 6 (๐‘ = 0 โ†’ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) = โˆ…)
6059sumeq1d 11373 . . . . 5 (๐‘ = 0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โˆ… ๐‘˜)
61 sum0 11395 . . . . 5 ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โˆ… ๐‘˜ = 0
6260, 61eqtrdi 2226 . . . 4 (๐‘ = 0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = 0)
63 sq0i 10611 . . . . . . . 8 (๐‘ = 0 โ†’ (๐‘โ†‘2) = 0)
64 id 19 . . . . . . . 8 (๐‘ = 0 โ†’ ๐‘ = 0)
6563, 64oveq12d 5892 . . . . . . 7 (๐‘ = 0 โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) = (0 โˆ’ 0))
66 0m0e0 9030 . . . . . . 7 (0 โˆ’ 0) = 0
6765, 66eqtrdi 2226 . . . . . 6 (๐‘ = 0 โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) = 0)
6867oveq1d 5889 . . . . 5 (๐‘ = 0 โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2) = (0 / 2))
69 2cn 8989 . . . . . 6 2 โˆˆ โ„‚
70 2ap0 9011 . . . . . 6 2 # 0
7169, 70div0api 8702 . . . . 5 (0 / 2) = 0
7268, 71eqtrdi 2226 . . . 4 (๐‘ = 0 โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2) = 0)
7362, 72eqtr4d 2213 . . 3 (๐‘ = 0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
7447, 73jaoi 716 . 2 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆจ ๐‘ = 0) โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
751, 74sylbi 121 1 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 104   โ†” wb 105   โˆจ wo 708   = wceq 1353   โˆˆ wcel 2148  โˆ…c0 3422   class class class wbr 4003  โ€˜cfv 5216  (class class class)co 5874  โ„‚cc 7808  โ„cr 7809  0cc0 7810  1c1 7811   + caddc 7813   ยท cmul 7815   < clt 7991   โˆ’ cmin 8127   / cdiv 8628  โ„•cn 8918  2c2 8969  โ„•0cn0 9175  โ„คcz 9252  โ„คโ‰ฅcuz 9527  ...cfz 10007  โ†‘cexp 10518  ฮฃcsu 11360
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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4118  ax-sep 4121  ax-nul 4129  ax-pow 4174  ax-pr 4209  ax-un 4433  ax-setind 4536  ax-iinf 4587  ax-cnex 7901  ax-resscn 7902  ax-1cn 7903  ax-1re 7904  ax-icn 7905  ax-addcl 7906  ax-addrcl 7907  ax-mulcl 7908  ax-mulrcl 7909  ax-addcom 7910  ax-mulcom 7911  ax-addass 7912  ax-mulass 7913  ax-distr 7914  ax-i2m1 7915  ax-0lt1 7916  ax-1rid 7917  ax-0id 7918  ax-rnegex 7919  ax-precex 7920  ax-cnre 7921  ax-pre-ltirr 7922  ax-pre-ltwlin 7923  ax-pre-lttrn 7924  ax-pre-apti 7925  ax-pre-ltadd 7926  ax-pre-mulgt0 7927  ax-pre-mulext 7928  ax-arch 7929  ax-caucvg 7930
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-if 3535  df-pw 3577  df-sn 3598  df-pr 3599  df-op 3601  df-uni 3810  df-int 3845  df-iun 3888  df-br 4004  df-opab 4065  df-mpt 4066  df-tr 4102  df-id 4293  df-po 4296  df-iso 4297  df-iord 4366  df-on 4368  df-ilim 4369  df-suc 4371  df-iom 4590  df-xp 4632  df-rel 4633  df-cnv 4634  df-co 4635  df-dm 4636  df-rn 4637  df-res 4638  df-ima 4639  df-iota 5178  df-fun 5218  df-fn 5219  df-f 5220  df-f1 5221  df-fo 5222  df-f1o 5223  df-fv 5224  df-isom 5225  df-riota 5830  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpo 5879  df-1st 6140  df-2nd 6141  df-recs 6305  df-irdg 6370  df-frec 6391  df-1o 6416  df-oadd 6420  df-er 6534  df-en 6740  df-dom 6741  df-fin 6742  df-pnf 7993  df-mnf 7994  df-xr 7995  df-ltxr 7996  df-le 7997  df-sub 8129  df-neg 8130  df-reap 8531  df-ap 8538  df-div 8629  df-inn 8919  df-2 8977  df-3 8978  df-4 8979  df-n0 9176  df-z 9253  df-uz 9528  df-q 9619  df-rp 9653  df-fz 10008  df-fzo 10142  df-seqfrec 10445  df-exp 10519  df-fac 10705  df-bc 10727  df-ihash 10755  df-cj 10850  df-re 10851  df-im 10852  df-rsqrt 11006  df-abs 11007  df-clim 11286  df-sumdc 11361
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator