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

Theorem geo2lim 11538
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 9577 . . 3 โ„• = (โ„คโ‰ฅโ€˜1)
2 1zzd 9294 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ 1 โˆˆ โ„ค)
3 halfcn 9147 . . . . . . 7 (1 / 2) โˆˆ โ„‚
43a1i 9 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 / 2) โˆˆ โ„‚)
5 halfre 9146 . . . . . . . . 9 (1 / 2) โˆˆ โ„
6 halfge0 9149 . . . . . . . . 9 0 โ‰ค (1 / 2)
7 absid 11094 . . . . . . . . 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 9150 . . . . . . . 8 (1 / 2) < 1
108, 9eqbrtri 4036 . . . . . . 7 (absโ€˜(1 / 2)) < 1
1110a1i 9 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (absโ€˜(1 / 2)) < 1)
124, 11expcnv 11526 . . . . 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 8939 . . . . . . . 8 โ„• โˆˆ V
1615mptex 5755 . . . . . . 7 (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜))) โˆˆ V
1714, 16eqeltri 2260 . . . . . 6 ๐น โˆˆ V
1817a1i 9 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โˆˆ V)
19 nnnn0 9197 . . . . . . . 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 10668 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„‚)
23 oveq2 5896 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜) = ((1 / 2)โ†‘๐‘—))
24 eqid 2187 . . . . . . . 8 (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜)) = (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))
2523, 24fvmptg 5605 . . . . . . 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 2264 . . . . 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 9094 . . . . . . . . 9 2 โˆˆ โ„•
30 nnexpcl 10547 . . . . . . . . 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 8947 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„‚)
3331nnap0d 8979 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) # 0)
3428, 32, 33divrecapd 8764 . . . . . 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 8761 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ โ„‚)
37 oveq2 5896 . . . . . . . . 9 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ (2โ†‘๐‘˜) = (2โ†‘๐‘—))
3837oveq2d 5904 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
3938, 14fvmptg 5605 . . . . . . 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 9004 . . . . . . . . 9 2 โˆˆ โ„‚
42 2ap0 9026 . . . . . . . . 9 2 # 0
43 nnz 9286 . . . . . . . . . 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 10575 . . . . . . . . 9 ((2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 # 0 โˆง ๐‘— โˆˆ โ„ค) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
4641, 42, 44, 45mp3an12i 1351 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
4726, 46eqtrd 2220 . . . . . . 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 5904 . . . . . 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 2230 . . . . 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 11353 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โ‡ (๐ด ยท 0))
51 mul01 8360 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด ยท 0) = 0)
5250, 51breqtrd 4041 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โ‡ 0)
53 seqex 10461 . . . 4 seq1( + , ๐น) โˆˆ V
5453a1i 9 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โˆˆ V)
5540, 36eqeltrd 2264 . . 3 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) โˆˆ โ„‚)
5640oveq2d 5904 . . . 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 11536 . . . . 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 9578 . . . . . . . 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 9243 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0)
6563, 64expcld 10668 . . . . . . 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 9388 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ค)
6863, 66, 67expap0d 10674 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1)) โ†’ (2โ†‘๐‘›) # 0)
6962, 65, 68divclapd 8761 . . . . . 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 5896 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘› โ†’ (2โ†‘๐‘˜) = (2โ†‘๐‘›))
7170oveq2d 5904 . . . . . . 7 (๐‘˜ = ๐‘› โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
7271, 14fvmptg 5605 . . . . . 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 2280 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1))
7573, 74, 69fsum3ser 11419 . . . 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 2227 . . 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 11355 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ (๐ด โˆ’ 0))
78 subid1 8191 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด โˆ’ 0) = ๐ด)
7977, 78breqtrd 4041 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 1363   โˆˆ wcel 2158  Vcvv 2749   class class class wbr 4015   โ†ฆ cmpt 4076  โ€˜cfv 5228  (class class class)co 5888  โ„‚cc 7823  โ„cr 7824  0cc0 7825  1c1 7826   + caddc 7828   ยท cmul 7830   < clt 8006   โ‰ค cle 8007   โˆ’ cmin 8142   # cap 8552   / cdiv 8643  โ„•cn 8933  2c2 8984  โ„•0cn0 9190  โ„คcz 9267  โ„คโ‰ฅcuz 9542  ...cfz 10022  seqcseq 10459  โ†‘cexp 10533  abscabs 11020   โ‡ cli 11300  ฮฃcsu 11375
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 1457  ax-7 1458  ax-gen 1459  ax-ie1 1503  ax-ie2 1504  ax-8 1514  ax-10 1515  ax-11 1516  ax-i12 1517  ax-bndl 1519  ax-4 1520  ax-17 1536  ax-i9 1540  ax-ial 1544  ax-i5r 1545  ax-13 2160  ax-14 2161  ax-ext 2169  ax-coll 4130  ax-sep 4133  ax-nul 4141  ax-pow 4186  ax-pr 4221  ax-un 4445  ax-setind 4548  ax-iinf 4599  ax-cnex 7916  ax-resscn 7917  ax-1cn 7918  ax-1re 7919  ax-icn 7920  ax-addcl 7921  ax-addrcl 7922  ax-mulcl 7923  ax-mulrcl 7924  ax-addcom 7925  ax-mulcom 7926  ax-addass 7927  ax-mulass 7928  ax-distr 7929  ax-i2m1 7930  ax-0lt1 7931  ax-1rid 7932  ax-0id 7933  ax-rnegex 7934  ax-precex 7935  ax-cnre 7936  ax-pre-ltirr 7937  ax-pre-ltwlin 7938  ax-pre-lttrn 7939  ax-pre-apti 7940  ax-pre-ltadd 7941  ax-pre-mulgt0 7942  ax-pre-mulext 7943  ax-arch 7944  ax-caucvg 7945
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 980  df-3an 981  df-tru 1366  df-fal 1369  df-nf 1471  df-sb 1773  df-eu 2039  df-mo 2040  df-clab 2174  df-cleq 2180  df-clel 2183  df-nfc 2318  df-ne 2358  df-nel 2453  df-ral 2470  df-rex 2471  df-reu 2472  df-rmo 2473  df-rab 2474  df-v 2751  df-sbc 2975  df-csb 3070  df-dif 3143  df-un 3145  df-in 3147  df-ss 3154  df-nul 3435  df-if 3547  df-pw 3589  df-sn 3610  df-pr 3611  df-op 3613  df-uni 3822  df-int 3857  df-iun 3900  df-br 4016  df-opab 4077  df-mpt 4078  df-tr 4114  df-id 4305  df-po 4308  df-iso 4309  df-iord 4378  df-on 4380  df-ilim 4381  df-suc 4383  df-iom 4602  df-xp 4644  df-rel 4645  df-cnv 4646  df-co 4647  df-dm 4648  df-rn 4649  df-res 4650  df-ima 4651  df-iota 5190  df-fun 5230  df-fn 5231  df-f 5232  df-f1 5233  df-fo 5234  df-f1o 5235  df-fv 5236  df-isom 5237  df-riota 5844  df-ov 5891  df-oprab 5892  df-mpo 5893  df-1st 6155  df-2nd 6156  df-recs 6320  df-irdg 6385  df-frec 6406  df-1o 6431  df-oadd 6435  df-er 6549  df-en 6755  df-dom 6756  df-fin 6757  df-pnf 8008  df-mnf 8009  df-xr 8010  df-ltxr 8011  df-le 8012  df-sub 8144  df-neg 8145  df-reap 8546  df-ap 8553  df-div 8644  df-inn 8934  df-2 8992  df-3 8993  df-4 8994  df-n0 9191  df-z 9268  df-uz 9543  df-q 9634  df-rp 9668  df-fz 10023  df-fzo 10157  df-seqfrec 10460  df-exp 10534  df-ihash 10770  df-cj 10865  df-re 10866  df-im 10867  df-rsqrt 11021  df-abs 11022  df-clim 11301  df-sumdc 11376
This theorem is referenced by:  trilpolemeq1  15085
  Copyright terms: Public domain W3C validator