Theorem basel 27422

Description: The sum of the inverse squares is π↑2 / 6. This is commonly known as the Basel problem, with the first known proof attributed to Euler. See http://en.wikipedia.org/wiki/Basel_problem. This particular proof approach is due to Cauchy (1821). This is Metamath 100 proof #14. (Contributed by Mario Carneiro, 30-Jul-2014.)

Assertion

Ref	Expression
basel	⊢ Σ𝑘 ∈ ℕ (𝑘↑ -2) = ((π↑2) / 6)

Proof of Theorem basel

Dummy variables 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq2 7428	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (2 · 𝑚) = (2 · 𝑛))
2	1	oveq1d 7435	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((2 · 𝑚) + 1) = ((2 · 𝑛) + 1))
3	2	oveq2d 7436	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (1 / ((2 · 𝑚) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
4	3	cbvmptv 5208	. 2 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
5		oveq1 7427	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝑚↑ -2) = (𝑛↑ -2))
6	5	cbvmptv 5208	. . 3 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ (𝑚↑ -2)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (𝑛↑ -2))
7		seqeq3 14152	. . 3 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ↦ (𝑚↑ -2)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (𝑛↑ -2)) → seq1( + , (𝑚 ∈ ℕ ↦ (𝑚↑ -2))) = seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (𝑛↑ -2))))
8	6, 7	ax-mp 5	. 2 ⊢ seq1( + , (𝑚 ∈ ℕ ↦ (𝑚↑ -2))) = seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (𝑛↑ -2)))
9		eqid 2760	. 2 ⊢ ((ℕ × {((π↑2) / 6)}) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f − (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))) = ((ℕ × {((π↑2) / 6)}) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f − (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1)))))
10		eqid 2760	. 2 ⊢ (((ℕ × {((π↑2) / 6)}) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f − (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f + ((ℕ × { -2}) ∘f · (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1)))))) = (((ℕ × {((π↑2) / 6)}) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f − (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f + ((ℕ × { -2}) ∘f · (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))))
11		eqid 2760	. 2 ⊢ (((ℕ × {((π↑2) / 6)}) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f − (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f + (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))) = (((ℕ × {((π↑2) / 6)}) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f − (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1))))) ∘f · ((ℕ × {1}) ∘f + (𝑚 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑚) + 1)))))
12	4, 8, 9, 10, 11	basellem9 27421	1 ⊢ Σ𝑘 ∈ ℕ (𝑘↑ -2) = ((π↑2) / 6)

This proof depends on syntax axioms:   = wceq 1569  {csn 4584   ↦ cmpt 5185   × cxp 5648  (class class class)co 7420   ∘_f cof 7691  1c1 11204   + caddc 11206   · cmul 11208   − cmin 11544   -cneg 11545   / cdiv 11976  ℕcn 12338  2c2 12400  6c6 12404  seqcseq 14147  ↑cexp 14207  Σcsu 15858  πcpi 16237

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9645  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281  ax-addf 11282

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-iin 4953  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7693  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-supp 8180  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-1o 8479  df-2o 8480  df-oadd 8483  df-er 8720  df-map 8852  df-pm 8853  df-ixp 8929  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-fin 8980  df-fsupp 9357  df-fi 9406  df-sup 9437  df-inf 9438  df-oi 9507  df-dju 9985  df-card 10023  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-div 11977  df-nn 12339  df-2 12408  df-3 12409  df-4 12410  df-5 12411  df-6 12412  df-7 12413  df-8 12414  df-9 12415  df-n0 12610  df-xnn0 12683  df-z 12697  df-dec 12818  df-uz 12969  df-q 13079  df-rp 13124  df-xneg 13244  df-xadd 13245  df-xmul 13246  df-ioo 13483  df-ioc 13484  df-ico 13485  df-icc 13486  df-fz 13643  df-fzo 13792  df-fl 13935  df-mod 14013  df-seq 14148  df-exp 14208  df-fac 14421  df-bc 14450  df-hash 14478  df-shft 15225  df-cj 15271  df-re 15272  df-im 15273  df-sqrt 15407  df-abs 15408  df-limsup 15643  df-clim 15660  df-rlim 15661  df-sum 15859  df-ef 16238  df-sin 16240  df-cos 16241  df-tan 16242  df-pi 16243  df-struct 17330  df-sets 17347  df-slot 17365  df-ndx 17377  df-base 17393  df-ress 17414  df-plusg 17446  df-mulr 17447  df-starv 17448  df-sca 17449  df-vsca 17450  df-ip 17451  df-tset 17452  df-ple 17453  df-ds 17455  df-unif 17456  df-hom 17457  df-cco 17458  df-rest 17598  df-topn 17599  df-0g 17617  df-gsum 17618  df-topgen 17619  df-pt 17620  df-prds 17623  df-xrs 17679  df-qtop 17684  df-imas 17685  df-xps 17687  df-mre 17761  df-mrc 17762  df-acs 17764  df-mgm 18821  df-sgrp 18913  df-mnd 18929  df-submnd 18984  df-mulg 19283  df-cntz 19536  df-cmn 20001  df-psmet 21675  df-xmet 21676  df-met 21677  df-bl 21678  df-mopn 21679  df-fbas 21680  df-fg 21681  df-cnfld 21684  df-top 23217  df-topon 23234  df-topsp 23256  df-bases 23269  df-cld 23342  df-ntr 23343  df-cls 23344  df-nei 23421  df-lp 23459  df-perf 23460  df-cn 23550  df-cnp 23551  df-haus 23638  df-tx 23886  df-hmeo 24079  df-fil 24170  df-fm 24262  df-flim 24263  df-flf 24264  df-xms 24644  df-ms 24645  df-tms 24646  df-cncf 25204  df-0p 25996  df-limc 26191  df-dv 26192  df-ply 26511  df-idp 26512  df-coe 26513  df-dgr 26514  df-quot 26617

This theorem is used by: (None)