Theorem trirecip 11541

Description: The sum of the reciprocals of the triangle numbers converge to two. This is Metamath 100 proof #42. (Contributed by Scott Fenton, 23-Apr-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 22-May-2014.)

Assertion

Ref	Expression
trirecip	⊢ Σ𝑘 ∈ ℕ (2 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) = 2

Proof of Theorem trirecip

Dummy variable 𝑛 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2cnd 9022	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
2		peano2nn 8961	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3		nnmulcl 8970	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ) → (𝑘 · (𝑘 + 1)) ∈ ℕ)
4	2, 3	mpdan 421	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 · (𝑘 + 1)) ∈ ℕ)
5	4	nncnd 8963	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 · (𝑘 + 1)) ∈ ℂ)
6	4	nnap0d 8995	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 · (𝑘 + 1)) # 0)
7	1, 5, 6	divrecapd 8780	. . 3 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (2 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) = (2 · (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1)))))
8	7	sumeq2i 11404	. 2 ⊢ Σ𝑘 ∈ ℕ (2 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) = Σ𝑘 ∈ ℕ (2 · (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))))
9		nnuz 9593	. . . . 5 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
10		1zzd 9310	. . . . 5 ⊢ (⊤ → 1 ∈ ℤ)
11		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
12	4	adantl 277	. . . . . . 7 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑘 · (𝑘 + 1)) ∈ ℕ)
13	12	nnrecred 8996	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
14		id 19	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → 𝑛 = 𝑘)
15		oveq1 5903	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 + 1) = (𝑘 + 1))
16	14, 15	oveq12d 5914	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 · (𝑛 + 1)) = (𝑘 · (𝑘 + 1)))
17	16	oveq2d 5912	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))) = (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))))
18		eqid 2189	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))
19	17, 18	fvmptg 5613	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) ∈ ℝ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))‘𝑘) = (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))))
20	11, 13, 19	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))‘𝑘) = (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))))
21	4	nnrecred 8996	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
22	21	recnd 8016	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) ∈ ℂ)
23	22	adantl 277	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) ∈ ℂ)
24	18	trireciplem 11540	. . . . . . 7 ⊢ seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))) ⇝ 1
25	24	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (⊤ → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))) ⇝ 1)
26		climrel 11320	. . . . . . 7 ⊢ Rel ⇝
27	26	releldmi 4884	. . . . . 6 ⊢ (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))) ⇝ 1 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))) ∈ dom ⇝ )
28	25, 27	syl 14	. . . . 5 ⊢ (⊤ → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))) ∈ dom ⇝ )
29		2cnd 9022	. . . . 5 ⊢ (⊤ → 2 ∈ ℂ)
30	9, 10, 20, 23, 28, 29	isummulc2 11466	. . . 4 ⊢ (⊤ → (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1)))) = Σ𝑘 ∈ ℕ (2 · (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1)))))
31	9, 10, 20, 23, 25	isumclim 11461	. . . . 5 ⊢ (⊤ → Σ𝑘 ∈ ℕ (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) = 1)
32	31	oveq2d 5912	. . . 4 ⊢ (⊤ → (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1)))) = (2 · 1))
33	30, 32	eqtr3d 2224	. . 3 ⊢ (⊤ → Σ𝑘 ∈ ℕ (2 · (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1)))) = (2 · 1))
34	33	mptru 1373	. 2 ⊢ Σ𝑘 ∈ ℕ (2 · (1 / (𝑘 · (𝑘 + 1)))) = (2 · 1)
35		2t1e2 9102	. 2 ⊢ (2 · 1) = 2
36	8, 34, 35	3eqtri 2214	1 ⊢ Σ𝑘 ∈ ℕ (2 / (𝑘 · (𝑘 + 1))) = 2

Syntax hints:   ∧ wa 104   = wceq 1364  ⊤wtru 1365   ∈ wcel 2160   class class class wbr 4018   ↦ cmpt 4079  dom cdm 4644  ‘cfv 5235  (class class class)co 5896  ℂcc 7839  ℝcr 7840  1c1 7842   + caddc 7844   · cmul 7846   / cdiv 8659  ℕcn 8949  2c2 9000  seqcseq 10476   ⇝ cli 11318  Σcsu 11393

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 4192  ax-pr 4227  ax-un 4451  ax-setind 4554  ax-iinf 4605  ax-cnex 7932  ax-resscn 7933  ax-1cn 7934  ax-1re 7935  ax-icn 7936  ax-addcl 7937  ax-addrcl 7938  ax-mulcl 7939  ax-mulrcl 7940  ax-addcom 7941  ax-mulcom 7942  ax-addass 7943  ax-mulass 7944  ax-distr 7945  ax-i2m1 7946  ax-0lt1 7947  ax-1rid 7948  ax-0id 7949  ax-rnegex 7950  ax-precex 7951  ax-cnre 7952  ax-pre-ltirr 7953  ax-pre-ltwlin 7954  ax-pre-lttrn 7955  ax-pre-apti 7956  ax-pre-ltadd 7957  ax-pre-mulgt0 7958  ax-pre-mulext 7959  ax-arch 7960  ax-caucvg 7961

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 4311  df-po 4314  df-iso 4315  df-iord 4384  df-on 4386  df-ilim 4387  df-suc 4389  df-iom 4608  df-xp 4650  df-rel 4651  df-cnv 4652  df-co 4653  df-dm 4654  df-rn 4655  df-res 4656  df-ima 4657  df-iota 5196  df-fun 5237  df-fn 5238  df-f 5239  df-f1 5240  df-fo 5241  df-f1o 5242  df-fv 5243  df-isom 5244  df-riota 5852  df-ov 5899  df-oprab 5900  df-mpo 5901  df-1st 6165  df-2nd 6166  df-recs 6330  df-irdg 6395  df-frec 6416  df-1o 6441  df-oadd 6445  df-er 6559  df-en 6767  df-dom 6768  df-fin 6769  df-pnf 8024  df-mnf 8025  df-xr 8026  df-ltxr 8027  df-le 8028  df-sub 8160  df-neg 8161  df-reap 8562  df-ap 8569  df-div 8660  df-inn 8950  df-2 9008  df-3 9009  df-4 9010  df-n0 9207  df-z 9284  df-uz 9559  df-q 9650  df-rp 9684  df-fz 10039  df-fzo 10173  df-seqfrec 10477  df-exp 10551  df-ihash 10788  df-shft 10856  df-cj 10883  df-re 10884  df-im 10885  df-rsqrt 11039  df-abs 11040  df-clim 11319  df-sumdc 11394

This theorem is referenced by: (None)