MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  arisum2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem arisum2 15804
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 12471 . 2 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†” (๐‘ โˆˆ โ„• โˆจ ๐‘ = 0))
2 nnm1nn0 12510 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„•0)
3 nn0uz 12861 . . . . . 6 โ„•0 = (โ„คโ‰ฅโ€˜0)
42, 3eleqtrdi 2844 . . . . 5 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜0))
5 elfznn0 13591 . . . . . . 7 (๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0)
65adantl 483 . . . . . 6 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0)
76nn0cnd 12531 . . . . 5 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„‚)
8 id 22 . . . . 5 (๐‘˜ = 0 โ†’ ๐‘˜ = 0)
94, 7, 8fsum1p 15696 . . . 4 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜))
10 1e0p1 12716 . . . . . . . . 9 1 = (0 + 1)
1110oveq1i 7416 . . . . . . . 8 (1...(๐‘ โˆ’ 1)) = ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))
1211sumeq1i 15641 . . . . . . 7 ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜
1312oveq2i 7417 . . . . . 6 (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜)
14 fzfid 13935 . . . . . . . 8 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (1...(๐‘ โˆ’ 1)) โˆˆ Fin)
15 elfznn 13527 . . . . . . . . . 10 (๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1)) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•)
1615adantl 483 . . . . . . . . 9 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•)
1716nncnd 12225 . . . . . . . 8 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„‚)
1814, 17fsumcl 15676 . . . . . . 7 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ โˆˆ โ„‚)
1918addlidd 11412 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜)
2013, 19eqtr3id 2787 . . . . 5 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜)
21 arisum 15803 . . . . . . 7 ((๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„•0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ((((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) / 2))
222, 21syl 17 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ((((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) / 2))
23 nncn 12217 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚)
24232timesd 12452 . . . . . . . . . . . . 13 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (2 ยท ๐‘) = (๐‘ + ๐‘))
2524oveq2d 7422 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (๐‘ + ๐‘)))
2623sqcld 14106 . . . . . . . . . . . . 13 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘โ†‘2) โˆˆ โ„‚)
2726, 23, 23subsub4d 11599 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (๐‘ + ๐‘)))
2825, 27eqtr4d 2776 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘))
2928oveq1d 7421 . . . . . . . . . 10 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) + 1) = ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘) + 1))
30 binom2sub1 14181 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„‚ โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) + 1))
3123, 30syl 17 . . . . . . . . . 10 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ (2 ยท ๐‘)) + 1))
3226, 23subcld 11568 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆˆ โ„‚)
33 1cnd 11206 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 1 โˆˆ โ„‚)
3432, 23, 33subsubd 11596 . . . . . . . . . 10 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)) = ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ ๐‘) + 1))
3529, 31, 343eqtr4d 2783 . . . . . . . . 9 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)))
3635oveq1d 7421 . . . . . . . 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)))
37 ax-1cn 11165 . . . . . . . . . 10 1 โˆˆ โ„‚
38 subcl 11456 . . . . . . . . . 10 ((๐‘ โˆˆ โ„‚ โˆง 1 โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„‚)
3923, 37, 38sylancl 587 . . . . . . . . 9 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) โˆˆ โ„‚)
4032, 39npcand 11572 . . . . . . . 8 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) โˆ’ (๐‘ โˆ’ 1)) + (๐‘ โˆ’ 1)) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘))
4136, 40eqtrd 2773 . . . . . . 7 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) = ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘))
4241oveq1d 7421 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ((((๐‘ โˆ’ 1)โ†‘2) + (๐‘ โˆ’ 1)) / 2) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
4322, 42eqtrd 2773 . . . . 5 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (1...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
4420, 43eqtrd 2773 . . . 4 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ (0 + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ ((0 + 1)...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜) = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
459, 44eqtrd 2773 . . 3 (๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
46 oveq1 7413 . . . . . . . 8 (๐‘ = 0 โ†’ (๐‘ โˆ’ 1) = (0 โˆ’ 1))
4746oveq2d 7422 . . . . . . 7 (๐‘ = 0 โ†’ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) = (0...(0 โˆ’ 1)))
48 0re 11213 . . . . . . . . 9 0 โˆˆ โ„
49 ltm1 12053 . . . . . . . . 9 (0 โˆˆ โ„ โ†’ (0 โˆ’ 1) < 0)
5048, 49ax-mp 5 . . . . . . . 8 (0 โˆ’ 1) < 0
51 0z 12566 . . . . . . . . 9 0 โˆˆ โ„ค
52 peano2zm 12602 . . . . . . . . . 10 (0 โˆˆ โ„ค โ†’ (0 โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค)
5351, 52ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (0 โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค
54 fzn 13514 . . . . . . . . 9 ((0 โˆˆ โ„ค โˆง (0 โˆ’ 1) โˆˆ โ„ค) โ†’ ((0 โˆ’ 1) < 0 โ†” (0...(0 โˆ’ 1)) = โˆ…))
5551, 53, 54mp2an 691 . . . . . . . 8 ((0 โˆ’ 1) < 0 โ†” (0...(0 โˆ’ 1)) = โˆ…)
5650, 55mpbi 229 . . . . . . 7 (0...(0 โˆ’ 1)) = โˆ…
5747, 56eqtrdi 2789 . . . . . 6 (๐‘ = 0 โ†’ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) = โˆ…)
5857sumeq1d 15644 . . . . 5 (๐‘ = 0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โˆ… ๐‘˜)
59 sum0 15664 . . . . 5 ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โˆ… ๐‘˜ = 0
6058, 59eqtrdi 2789 . . . 4 (๐‘ = 0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = 0)
61 sq0i 14154 . . . . . . . 8 (๐‘ = 0 โ†’ (๐‘โ†‘2) = 0)
62 id 22 . . . . . . . 8 (๐‘ = 0 โ†’ ๐‘ = 0)
6361, 62oveq12d 7424 . . . . . . 7 (๐‘ = 0 โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) = (0 โˆ’ 0))
64 0m0e0 12329 . . . . . . 7 (0 โˆ’ 0) = 0
6563, 64eqtrdi 2789 . . . . . 6 (๐‘ = 0 โ†’ ((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) = 0)
6665oveq1d 7421 . . . . 5 (๐‘ = 0 โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2) = (0 / 2))
67 2cn 12284 . . . . . 6 2 โˆˆ โ„‚
68 2ne0 12313 . . . . . 6 2 โ‰  0
6967, 68div0i 11945 . . . . 5 (0 / 2) = 0
7066, 69eqtrdi 2789 . . . 4 (๐‘ = 0 โ†’ (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2) = 0)
7160, 70eqtr4d 2776 . . 3 (๐‘ = 0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
7245, 71jaoi 856 . 2 ((๐‘ โˆˆ โ„• โˆจ ๐‘ = 0) โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
731, 72sylbi 216 1 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))๐‘˜ = (((๐‘โ†‘2) โˆ’ ๐‘) / 2))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โ†” wb 205   โˆง wa 397   โˆจ wo 846   = wceq 1542   โˆˆ wcel 2107  โˆ…c0 4322   class class class wbr 5148  โ€˜cfv 6541  (class class class)co 7406  โ„‚cc 11105  โ„cr 11106  0cc0 11107  1c1 11108   + caddc 11110   ยท cmul 11112   < clt 11245   โˆ’ cmin 11441   / cdiv 11868  โ„•cn 12209  2c2 12264  โ„•0cn0 12469  โ„คcz 12555  โ„คโ‰ฅcuz 12819  ...cfz 13481  โ†‘cexp 14024  ฮฃcsu 15629
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7722  ax-inf2 9633  ax-cnex 11163  ax-resscn 11164  ax-1cn 11165  ax-icn 11166  ax-addcl 11167  ax-addrcl 11168  ax-mulcl 11169  ax-mulrcl 11170  ax-mulcom 11171  ax-addass 11172  ax-mulass 11173  ax-distr 11174  ax-i2m1 11175  ax-1ne0 11176  ax-1rid 11177  ax-rnegex 11178  ax-rrecex 11179  ax-cnre 11180  ax-pre-lttri 11181  ax-pre-lttrn 11182  ax-pre-ltadd 11183  ax-pre-mulgt0 11184  ax-pre-sup 11185
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-se 5632  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6298  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6493  df-fun 6543  df-fn 6544  df-f 6545  df-f1 6546  df-fo 6547  df-f1o 6548  df-fv 6549  df-isom 6550  df-riota 7362  df-ov 7409  df-oprab 7410  df-mpo 7411  df-om 7853  df-1st 7972  df-2nd 7973  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8368  df-rdg 8407  df-1o 8463  df-er 8700  df-en 8937  df-dom 8938  df-sdom 8939  df-fin 8940  df-sup 9434  df-oi 9502  df-card 9931  df-pnf 11247  df-mnf 11248  df-xr 11249  df-ltxr 11250  df-le 11251  df-sub 11443  df-neg 11444  df-div 11869  df-nn 12210  df-2 12272  df-3 12273  df-n0 12470  df-z 12556  df-uz 12820  df-rp 12972  df-fz 13482  df-fzo 13625  df-seq 13964  df-exp 14025  df-fac 14231  df-bc 14260  df-hash 14288  df-cj 15043  df-re 15044  df-im 15045  df-sqrt 15179  df-abs 15180  df-clim 15429  df-sum 15630
This theorem is referenced by:  birthdaylem3  26448
  Copyright terms: Public domain W3C validator