MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  geo2lim Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem geo2lim 15853
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 12895 . . 3 โ„• = (โ„คโ‰ฅโ€˜1)
2 1zzd 12623 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ 1 โˆˆ โ„ค)
3 halfcn 12457 . . . . . . 7 (1 / 2) โˆˆ โ„‚
43a1i 11 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 / 2) โˆˆ โ„‚)
5 halfre 12456 . . . . . . . . 9 (1 / 2) โˆˆ โ„
6 halfge0 12459 . . . . . . . . 9 0 โ‰ค (1 / 2)
7 absid 15275 . . . . . . . . 9 (((1 / 2) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (1 / 2)) โ†’ (absโ€˜(1 / 2)) = (1 / 2))
85, 6, 7mp2an 690 . . . . . . . 8 (absโ€˜(1 / 2)) = (1 / 2)
9 halflt1 12460 . . . . . . . 8 (1 / 2) < 1
108, 9eqbrtri 5169 . . . . . . 7 (absโ€˜(1 / 2)) < 1
1110a1i 11 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (absโ€˜(1 / 2)) < 1)
124, 11expcnv 15842 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜)) โ‡ 0)
13 id 22 . . . . 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 12248 . . . . . . . 8 โ„• โˆˆ V
1615mptex 7233 . . . . . . 7 (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜))) โˆˆ V
1714, 16eqeltri 2821 . . . . . 6 ๐น โˆˆ V
1817a1i 11 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โˆˆ V)
19 nnnn0 12509 . . . . . . . . 9 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•0)
2019adantl 480 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•0)
21 oveq2 7425 . . . . . . . . 9 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜) = ((1 / 2)โ†‘๐‘—))
22 eqid 2725 . . . . . . . . 9 (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜)) = (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))
23 ovex 7450 . . . . . . . . 9 ((1 / 2)โ†‘๐‘—) โˆˆ V
2421, 22, 23fvmpt 7002 . . . . . . . 8 (๐‘— โˆˆ โ„•0 โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) = ((1 / 2)โ†‘๐‘—))
2520, 24syl 17 . . . . . . 7 ((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‘—))
26 2cn 12317 . . . . . . . 8 2 โˆˆ โ„‚
27 2ne0 12346 . . . . . . . 8 2 โ‰  0
28 nnz 12609 . . . . . . . . 9 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„ค)
2928adantl 480 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„ค)
30 exprec 14100 . . . . . . . 8 ((2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 โˆง ๐‘— โˆˆ โ„ค) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
3126, 27, 29, 30mp3an12i 1461 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((1 / 2)โ†‘๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
3225, 31eqtrd 2765 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) = (1 / (2โ†‘๐‘—)))
33 2nn 12315 . . . . . . . . 9 2 โˆˆ โ„•
34 nnexpcl 14071 . . . . . . . . 9 ((2 โˆˆ โ„• โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•0) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„•)
3533, 20, 34sylancr 585 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„•)
3635nnrecred 12293 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (1 / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ โ„)
3736recnd 11272 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (1 / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ โ„‚)
3832, 37eqeltrd 2825 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((1 / 2)โ†‘๐‘˜))โ€˜๐‘—) โˆˆ โ„‚)
39 simpl 481 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
4035nncnd 12258 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โˆˆ โ„‚)
4135nnne0d 12292 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (2โ†‘๐‘—) โ‰  0)
4239, 40, 41divrecd 12023 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) = (๐ด ยท (1 / (2โ†‘๐‘—))))
43 oveq2 7425 . . . . . . . . 9 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ (2โ†‘๐‘˜) = (2โ†‘๐‘—))
4443oveq2d 7433 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘— โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
45 ovex 7450 . . . . . . . 8 (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ V
4644, 14, 45fvmpt 7002 . . . . . . 7 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
4746adantl 480 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (๐ด / (2โ†‘๐‘—)))
4832oveq2d 7433 . . . . . 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‘—))))
4942, 47, 483eqtr4d 2775 . . . . 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, 38, 49climmulc2 15613 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โ‡ (๐ด ยท 0))
51 mul01 11423 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด ยท 0) = 0)
5250, 51breqtrd 5174 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐น โ‡ 0)
53 seqex 14000 . . . 4 seq1( + , ๐น) โˆˆ V
5453a1i 11 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โˆˆ V)
5539, 40, 41divcld 12020 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—)) โˆˆ โ„‚)
5647, 55eqeltrd 2825 . . 3 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) โˆˆ โ„‚)
5747oveq2d 7433 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ด โˆ’ (๐นโ€˜๐‘—)) = (๐ด โˆ’ (๐ด / (2โ†‘๐‘—))))
58 geo2sum 15851 . . . . 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‘—))))
5958ancoms 457 . . . 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‘—))))
60 elfznn 13562 . . . . . . 7 (๐‘› โˆˆ (1...๐‘—) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•)
6160adantl 480 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•)
62 oveq2 7425 . . . . . . . 8 (๐‘˜ = ๐‘› โ†’ (2โ†‘๐‘˜) = (2โ†‘๐‘›))
6362oveq2d 7433 . . . . . . 7 (๐‘˜ = ๐‘› โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘˜)) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
64 ovex 7450 . . . . . . 7 (๐ด / (2โ†‘๐‘›)) โˆˆ V
6563, 14, 64fvmpt 7002 . . . . . 6 (๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ (๐นโ€˜๐‘›) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
6661, 65syl 17 . . . . 5 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ (๐นโ€˜๐‘›) = (๐ด / (2โ†‘๐‘›)))
67 simpr 483 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•)
6867, 1eleqtrdi 2835 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘— โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1))
69 simpll 765 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
70 nnnn0 12509 . . . . . . . . 9 (๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0)
71 nnexpcl 14071 . . . . . . . . 9 ((2 โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0) โ†’ (2โ†‘๐‘›) โˆˆ โ„•)
7233, 70, 71sylancr 585 . . . . . . . 8 (๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ (2โ†‘๐‘›) โˆˆ โ„•)
7361, 72syl 17 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ (2โ†‘๐‘›) โˆˆ โ„•)
7473nncnd 12258 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ (2โ†‘๐‘›) โˆˆ โ„‚)
7573nnne0d 12292 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ (2โ†‘๐‘›) โ‰  0)
7669, 74, 75divcld 12020 . . . . 5 (((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)) โ†’ (๐ด / (2โ†‘๐‘›)) โˆˆ โ„‚)
7766, 68, 76fsumser 15708 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘› โˆˆ (1...๐‘—)(๐ด / (2โ†‘๐‘›)) = (seq1( + , ๐น)โ€˜๐‘—))
7857, 59, 773eqtr2rd 2772 . . 3 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘— โˆˆ โ„•) โ†’ (seq1( + , ๐น)โ€˜๐‘—) = (๐ด โˆ’ (๐นโ€˜๐‘—)))
791, 2, 52, 13, 54, 56, 78climsubc2 15615 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ (๐ด โˆ’ 0))
80 subid1 11510 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด โˆ’ 0) = ๐ด)
8179, 80breqtrd 5174 1 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ ๐ด)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 394   = wceq 1533   โˆˆ wcel 2098   โ‰  wne 2930  Vcvv 3463   class class class wbr 5148   โ†ฆ cmpt 5231  โ€˜cfv 6547  (class class class)co 7417  โ„‚cc 11136  โ„cr 11137  0cc0 11138  1c1 11139   + caddc 11141   ยท cmul 11143   < clt 11278   โ‰ค cle 11279   โˆ’ cmin 11474   / cdiv 11901  โ„•cn 12242  2c2 12297  โ„•0cn0 12502  โ„คcz 12588  โ„คโ‰ฅcuz 12852  ...cfz 13516  seqcseq 13998  โ†‘cexp 14058  abscabs 15213   โ‡ cli 15460  ฮฃcsu 15664
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2166  ax-ext 2696  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7739  ax-inf2 9664  ax-cnex 11194  ax-resscn 11195  ax-1cn 11196  ax-icn 11197  ax-addcl 11198  ax-addrcl 11199  ax-mulcl 11200  ax-mulrcl 11201  ax-mulcom 11202  ax-addass 11203  ax-mulass 11204  ax-distr 11205  ax-i2m1 11206  ax-1ne0 11207  ax-1rid 11208  ax-rnegex 11209  ax-rrecex 11210  ax-cnre 11211  ax-pre-lttri 11212  ax-pre-lttrn 11213  ax-pre-ltadd 11214  ax-pre-mulgt0 11215  ax-pre-sup 11216
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2931  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3420  df-v 3465  df-sbc 3775  df-csb 3891  df-dif 3948  df-un 3950  df-in 3952  df-ss 3962  df-pss 3965  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4909  df-int 4950  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5575  df-eprel 5581  df-po 5589  df-so 5590  df-fr 5632  df-se 5633  df-we 5634  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-pred 6305  df-ord 6372  df-on 6373  df-lim 6374  df-suc 6375  df-iota 6499  df-fun 6549  df-fn 6550  df-f 6551  df-f1 6552  df-fo 6553  df-f1o 6554  df-fv 6555  df-isom 6556  df-riota 7373  df-ov 7420  df-oprab 7421  df-mpo 7422  df-om 7870  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-frecs 8285  df-wrecs 8316  df-recs 8390  df-rdg 8429  df-1o 8485  df-er 8723  df-pm 8846  df-en 8963  df-dom 8964  df-sdom 8965  df-fin 8966  df-sup 9465  df-inf 9466  df-oi 9533  df-card 9962  df-pnf 11280  df-mnf 11281  df-xr 11282  df-ltxr 11283  df-le 11284  df-sub 11476  df-neg 11477  df-div 11902  df-nn 12243  df-2 12305  df-3 12306  df-n0 12503  df-z 12589  df-uz 12853  df-rp 13007  df-fz 13517  df-fzo 13660  df-fl 13789  df-seq 13999  df-exp 14059  df-hash 14322  df-cj 15078  df-re 15079  df-im 15080  df-sqrt 15214  df-abs 15215  df-clim 15464  df-rlim 15465  df-sum 15665
This theorem is referenced by:  omssubadd  33990  sge0ad2en  45882
  Copyright terms: Public domain W3C validator