ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  geo2lim GIF version

Theorem geo2lim 11544
Description: The value of the infinite geometric series 2โ†‘-1 + 2โ†‘-2 +... , multiplied by a constant. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jun-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
geo2lim.1 ๐น = (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)))
Assertion
Ref Expression
geo2lim (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ ๐ด)
Distinct variable group:   ๐ด,๐‘˜
Allowed substitution hint:   ๐น(๐‘˜)

Proof of Theorem geo2lim
Dummy variables ๐‘— ๐‘› are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 9583 . . 3 โ„• = (โ„คโ‰ฅโ€˜1)
2 1zzd 9300 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ 1 โˆˆ โ„ค)
3 halfcn 9153 . . . . . . 7 (1 / 2) โˆˆ โ„‚
43a1i 9 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 / 2) โˆˆ โ„‚)
5 halfre 9152 . . . . . . . . 9 (1 / 2) โˆˆ โ„
6 halfge0 9155 . . . . . . . . 9 0 โ‰ค (1 / 2)
7 absid 11100 . . . . . . . . 9 (((1 / 2) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (1 / 2)) โ†’ (absโ€˜(1 / 2)) = (1 / 2))
85, 6, 7mp2an 426 . . . . . . . 8 (absโ€˜(1 / 2)) = (1 / 2)
9 halflt1 9156 . . . . . . . 8 (1 / 2) < 1
108, 9eqbrtri 4039 . . . . . . 7 (absโ€˜(1 / 2)) < 1
1110a1i 9 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (absโ€˜(1 / 2)) < 1)
124, 11expcnv 11532 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜)) โ‡ 0)
13 id 19 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
14 geo2lim.1 . . . . . . 7 ๐น = (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)))
15 nnex 8945 . . . . . . . 8 โ„• โˆˆ V
1615mptex 5759 . . . . . . 7 (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜))) โˆˆ V
1714, 16eqeltri 2262 . . . . . 6 ๐น โˆˆ V
1817a1i 9 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โˆˆ V)
19 nnnn0 9203 . . . . . . . 8 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•0)
2019adantl 277 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•0)
213a1i 9 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (1 / 2) โˆˆ โ„‚)
2221, 20expcld 10674 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„‚)
23 oveq2 5900 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜) = ((1 / 2)โ†‘๐‘—))
24 eqid 2189 . . . . . . . 8 (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜)) = (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))
2523, 24fvmptg 5609 . . . . . . 7 ((๐‘— โˆˆ โ„•0 โˆง ((1 / 2)โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) = ((1 / 2)โ†‘๐‘—))
2620, 22, 25syl2anc 411 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) = ((1 / 2)โ†‘๐‘—))
2726, 22eqeltrd 2266 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) โˆˆ โ„‚)
28 simpl 109 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
29 2nn 9100 . . . . . . . . 9 2 โˆˆ โ„•
30 nnexpcl 10553 . . . . . . . . 9 ((2 โˆˆ โ„• โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•0) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„•)
3129, 20, 30sylancr 414 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„•)
3231nncnd 8953 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„‚)
3331nnap0d 8985 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) # 0)
3428, 32, 33divrecapd 8770 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) = (๐ด ยท (1 / (2โ†‘๐‘—))))
35 simpr 110 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•)
3628, 32, 33divclapd 8767 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ โ„‚)
37 oveq2 5900 . . . . . . . . 9 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ (2โ†‘๐‘˜) = (2โ†‘๐‘—))
3837oveq2d 5908 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
3938, 14fvmptg 5609 . . . . . . 7 ((๐‘— โˆˆ โ„• โˆง (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
4035, 36, 39syl2anc 411 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
41 2cn 9010 . . . . . . . . 9 2 โˆˆ โ„‚
42 2ap0 9032 . . . . . . . . 9 2 # 0
43 nnz 9292 . . . . . . . . . 10 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„ค)
4443adantl 277 . . . . . . . . 9 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„ค)
45 exprecap 10581 . . . . . . . . 9 ((2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 # 0 โˆง ๐‘— โˆˆ โ„ค) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
4641, 42, 44, 45mp3an12i 1352 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
4726, 46eqtrd 2222 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
4847oveq2d 5908 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด ยท ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—)) = (๐ด ยท (1 / (2โ†‘๐‘—))))
4934, 40, 483eqtr4d 2232 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (๐ด ยท ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—)))
501, 2, 12, 13, 18, 27, 49climmulc2 11359 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โ‡ (๐ด ยท 0))
51 mul01 8366 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด ยท 0) = 0)
5250, 51breqtrd 4044 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โ‡ 0)
53 seqex 10467 . . . 4 seq1( + , ๐น) โˆˆ V
5453a1i 9 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โˆˆ V)
5540, 36eqeltrd 2266 . . 3 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) โˆˆ โ„‚)
5640oveq2d 5908 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด โˆ’ (๐นโ€˜๐‘—)) = (๐ด โˆ’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—))))
57 geo2sum 11542 . . . . 5 ((๐‘— โˆˆ โ„• โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚) โ†’ ฮฃ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)(๐ด / (2โ†‘๐‘›)) = (๐ด โˆ’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—))))
5857ancoms 268 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)(๐ด / (2โ†‘๐‘›)) = (๐ด โˆ’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—))))
59 elnnuz 9584 . . . . . . . 8 (๐‘› โˆˆ โ„• โ†” ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1))
6059biimpri 133 . . . . . . 7 (๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•)
6160adantl 277 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•)
62 simpll 527 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
6341a1i 9 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ 2 โˆˆ โ„‚)
6461nnnn0d 9249 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0)
6563, 64expcld 10674 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ (2โ†‘๐‘›) โˆˆ โ„‚)
6642a1i 9 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ 2 # 0)
6761nnzd 9394 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ค)
6863, 66, 67expap0d 10680 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ (2โ†‘๐‘›) # 0)
6962, 65, 68divclapd 8767 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘›)) โˆˆ โ„‚)
70 oveq2 5900 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘› โ†’ (2โ†‘๐‘˜) = (2โ†‘๐‘›))
7170oveq2d 5908 . . . . . . 7 (๐‘˜ = ๐‘› โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
7271, 14fvmptg 5609 . . . . . 6 ((๐‘› โˆˆ โ„• โˆง (๐ด / (2โ†‘๐‘›)) โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐นโ€˜๐‘›) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
7361, 69, 72syl2anc 411 . . . . 5 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ (๐นโ€˜๐‘›) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
7435, 1eleqtrdi 2282 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1))
7573, 74, 69fsum3ser 11425 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)(๐ด / (2โ†‘๐‘›)) = (seq1( + , ๐น)โ€˜๐‘—))
7656, 58, 753eqtr2rd 2229 . . 3 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (seq1( + , ๐น)โ€˜๐‘—) = (๐ด โˆ’ (๐นโ€˜๐‘—)))
771, 2, 52, 13, 54, 55, 76climsubc2 11361 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ (๐ด โˆ’ 0))
78 subid1 8197 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด โˆ’ 0) = ๐ด)
7977, 78breqtrd 4044 1 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ ๐ด)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 104   = wceq 1364   โˆˆ wcel 2160  Vcvv 2752   class class class wbr 4018   โ†ฆ cmpt 4079  โ€˜cfv 5232  (class class class)co 5892  โ„‚cc 7829  โ„cr 7830  0cc0 7831  1c1 7832   + caddc 7834   ยท cmul 7836   < clt 8012   โ‰ค cle 8013   โˆ’ cmin 8148   # cap 8558   / cdiv 8649  โ„•cn 8939  2c2 8990  โ„•0cn0 9196  โ„คcz 9273  โ„คโ‰ฅcuz 9548  ...cfz 10028  seqcseq 10465  โ†‘cexp 10539  abscabs 11026   โ‡ cli 11306  ฮฃcsu 11381
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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2162  ax-14 2163  ax-ext 2171  ax-coll 4133  ax-sep 4136  ax-nul 4144  ax-pow 4189  ax-pr 4224  ax-un 4448  ax-setind 4551  ax-iinf 4602  ax-cnex 7922  ax-resscn 7923  ax-1cn 7924  ax-1re 7925  ax-icn 7926  ax-addcl 7927  ax-addrcl 7928  ax-mulcl 7929  ax-mulrcl 7930  ax-addcom 7931  ax-mulcom 7932  ax-addass 7933  ax-mulass 7934  ax-distr 7935  ax-i2m1 7936  ax-0lt1 7937  ax-1rid 7938  ax-0id 7939  ax-rnegex 7940  ax-precex 7941  ax-cnre 7942  ax-pre-ltirr 7943  ax-pre-ltwlin 7944  ax-pre-lttrn 7945  ax-pre-apti 7946  ax-pre-ltadd 7947  ax-pre-mulgt0 7948  ax-pre-mulext 7949  ax-arch 7950  ax-caucvg 7951
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2041  df-mo 2042  df-clab 2176  df-cleq 2182  df-clel 2185  df-nfc 2321  df-ne 2361  df-nel 2456  df-ral 2473  df-rex 2474  df-reu 2475  df-rmo 2476  df-rab 2477  df-v 2754  df-sbc 2978  df-csb 3073  df-dif 3146  df-un 3148  df-in 3150  df-ss 3157  df-nul 3438  df-if 3550  df-pw 3592  df-sn 3613  df-pr 3614  df-op 3616  df-uni 3825  df-int 3860  df-iun 3903  df-br 4019  df-opab 4080  df-mpt 4081  df-tr 4117  df-id 4308  df-po 4311  df-iso 4312  df-iord 4381  df-on 4383  df-ilim 4384  df-suc 4386  df-iom 4605  df-xp 4647  df-rel 4648  df-cnv 4649  df-co 4650  df-dm 4651  df-rn 4652  df-res 4653  df-ima 4654  df-iota 5193  df-fun 5234  df-fn 5235  df-f 5236  df-f1 5237  df-fo 5238  df-f1o 5239  df-fv 5240  df-isom 5241  df-riota 5848  df-ov 5895  df-oprab 5896  df-mpo 5897  df-1st 6160  df-2nd 6161  df-recs 6325  df-irdg 6390  df-frec 6411  df-1o 6436  df-oadd 6440  df-er 6554  df-en 6760  df-dom 6761  df-fin 6762  df-pnf 8014  df-mnf 8015  df-xr 8016  df-ltxr 8017  df-le 8018  df-sub 8150  df-neg 8151  df-reap 8552  df-ap 8559  df-div 8650  df-inn 8940  df-2 8998  df-3 8999  df-4 9000  df-n0 9197  df-z 9274  df-uz 9549  df-q 9640  df-rp 9674  df-fz 10029  df-fzo 10163  df-seqfrec 10466  df-exp 10540  df-ihash 10776  df-cj 10871  df-re 10872  df-im 10873  df-rsqrt 11027  df-abs 11028  df-clim 11307  df-sumdc 11382
This theorem is referenced by:  trilpolemeq1  15193
  Copyright terms: Public domain W3C validator