Theorem geo2lim 15515

Description: The value of the infinite geometric series 2↑-1 + 2↑-2 +... , multiplied by a constant. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jun-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
geo2lim.1	⊢ 𝐹 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ (𝐴 / (2↑𝑘)))

Assertion

Ref	Expression
geo2lim	⊢ (𝐴 ∈ ℂ → seq1( + , 𝐹) ⇝ 𝐴)

Distinct variable group:   𝐴,𝑘

Allowed substitution hint:   𝐹(𝑘)

Proof of Theorem geo2lim

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnuz 12550	. . 3 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
2		1zzd 12281	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 1 ∈ ℤ)
3		halfcn 12118	. . . . . . 7 ⊢ (1 / 2) ∈ ℂ
4	3	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (1 / 2) ∈ ℂ)
5		halfre 12117	. . . . . . . . 9 ⊢ (1 / 2) ∈ ℝ
6		halfge0 12120	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ≤ (1 / 2)
7		absid 14936	. . . . . . . . 9 ⊢ (((1 / 2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (1 / 2)) → (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2))
8	5, 6, 7	mp2an 688	. . . . . . . 8 ⊢ (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2)
9		halflt1 12121	. . . . . . . 8 ⊢ (1 / 2) < 1
10	8, 9	eqbrtri 5091	. . . . . . 7 ⊢ (abs‘(1 / 2)) < 1
11	10	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (abs‘(1 / 2)) < 1)
12	4, 11	expcnv 15504	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘)) ⇝ 0)
13		id 22	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 ∈ ℂ)
14		geo2lim.1	. . . . . . 7 ⊢ 𝐹 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ (𝐴 / (2↑𝑘)))
15		nnex 11909	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ∈ V
16	15	mptex 7081	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ ↦ (𝐴 / (2↑𝑘))) ∈ V
17	14, 16	eqeltri 2835	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 ∈ V
18	17	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 𝐹 ∈ V)
19		nnnn0 12170	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℕ0)
20	19	adantl 481	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ0)
21		oveq2 7263	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → ((1 / 2)↑𝑘) = ((1 / 2)↑𝑗))
22		eqid 2738	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘)) = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))
23		ovex 7288	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1 / 2)↑𝑗) ∈ V
24	21, 22, 23	fvmpt 6857	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ0 → ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))‘𝑗) = ((1 / 2)↑𝑗))
25	20, 24	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))‘𝑗) = ((1 / 2)↑𝑗))
26		2cn 11978	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℂ
27		2ne0 12007	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ≠ 0
28		nnz 12272	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℤ)
29	28	adantl 481	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℤ)
30		exprec 13752	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0 ∧ 𝑗 ∈ ℤ) → ((1 / 2)↑𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
31	26, 27, 29, 30	mp3an12i 1463	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((1 / 2)↑𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
32	25, 31	eqtrd 2778	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))‘𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
33		2nn 11976	. . . . . . . . 9 ⊢ 2 ∈ ℕ
34		nnexpcl 13723	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (2↑𝑗) ∈ ℕ)
35	33, 20, 34	sylancr 586	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑𝑗) ∈ ℕ)
36	35	nnrecred 11954	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑗)) ∈ ℝ)
37	36	recnd 10934	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑗)) ∈ ℂ)
38	32, 37	eqeltrd 2839	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))‘𝑗) ∈ ℂ)
39		simpl 482	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
40	35	nncnd 11919	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑𝑗) ∈ ℂ)
41	35	nnne0d 11953	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑𝑗) ≠ 0)
42	39, 40, 41	divrecd 11684	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐴 / (2↑𝑗)) = (𝐴 · (1 / (2↑𝑗))))
43		oveq2 7263	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (2↑𝑘) = (2↑𝑗))
44	43	oveq2d 7271	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝐴 / (2↑𝑘)) = (𝐴 / (2↑𝑗)))
45		ovex 7288	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 / (2↑𝑗)) ∈ V
46	44, 14, 45	fvmpt 6857	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → (𝐹‘𝑗) = (𝐴 / (2↑𝑗)))
47	46	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑗) = (𝐴 / (2↑𝑗)))
48	32	oveq2d 7271	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐴 · ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))‘𝑗)) = (𝐴 · (1 / (2↑𝑗))))
49	42, 47, 48	3eqtr4d 2788	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑗) = (𝐴 · ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((1 / 2)↑𝑘))‘𝑗)))
50	1, 2, 12, 13, 18, 38, 49	climmulc2 15274	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 𝐹 ⇝ (𝐴 · 0))
51		mul01 11084	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 · 0) = 0)
52	50, 51	breqtrd 5096	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 𝐹 ⇝ 0)
53		seqex 13651	. . . 4 ⊢ seq1( + , 𝐹) ∈ V
54	53	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → seq1( + , 𝐹) ∈ V)
55	39, 40, 41	divcld 11681	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐴 / (2↑𝑗)) ∈ ℂ)
56	47, 55	eqeltrd 2839	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑗) ∈ ℂ)
57	47	oveq2d 7271	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐴 − (𝐹‘𝑗)) = (𝐴 − (𝐴 / (2↑𝑗))))
58		geo2sum 15513	. . . . 5 ⊢ ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → Σ𝑛 ∈ (1...𝑗)(𝐴 / (2↑𝑛)) = (𝐴 − (𝐴 / (2↑𝑗))))
59	58	ancoms 458	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑛 ∈ (1...𝑗)(𝐴 / (2↑𝑛)) = (𝐴 − (𝐴 / (2↑𝑗))))
60		elfznn 13214	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ (1...𝑗) → 𝑛 ∈ ℕ)
61	60	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝑛 ∈ ℕ)
62		oveq2 7263	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (2↑𝑘) = (2↑𝑛))
63	62	oveq2d 7271	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (𝐴 / (2↑𝑘)) = (𝐴 / (2↑𝑛)))
64		ovex 7288	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 / (2↑𝑛)) ∈ V
65	63, 14, 64	fvmpt 6857	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝐹‘𝑛) = (𝐴 / (2↑𝑛)))
66	61, 65	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (𝐹‘𝑛) = (𝐴 / (2↑𝑛)))
67		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ)
68	67, 1	eleqtrdi 2849	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘1))
69		simpll 763	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝐴 ∈ ℂ)
70		nnnn0 12170	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ0)
71		nnexpcl 13723	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (2↑𝑛) ∈ ℕ)
72	33, 70, 71	sylancr 586	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2↑𝑛) ∈ ℕ)
73	61, 72	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2↑𝑛) ∈ ℕ)
74	73	nncnd 11919	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2↑𝑛) ∈ ℂ)
75	73	nnne0d 11953	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2↑𝑛) ≠ 0)
76	69, 74, 75	divcld 11681	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (𝐴 / (2↑𝑛)) ∈ ℂ)
77	66, 68, 76	fsumser 15370	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑛 ∈ (1...𝑗)(𝐴 / (2↑𝑛)) = (seq1( + , 𝐹)‘𝑗))
78	57, 59, 77	3eqtr2rd 2785	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) = (𝐴 − (𝐹‘𝑗)))
79	1, 2, 52, 13, 54, 56, 78	climsubc2 15276	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → seq1( + , 𝐹) ⇝ (𝐴 − 0))
80		subid1 11171	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 − 0) = 𝐴)
81	79, 80	breqtrd 5096	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → seq1( + , 𝐹) ⇝ 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2942  Vcvv 3422   class class class wbr 5070   ↦ cmpt 5153  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  ℂcc 10800  ℝcr 10801  0cc0 10802  1c1 10803   + caddc 10805   · cmul 10807   < clt 10940   ≤ cle 10941   − cmin 11135   / cdiv 11562  ℕcn 11903  2c2 11958  ℕ₀cn0 12163  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511  ...cfz 13168  seqcseq 13649  ↑cexp 13710  abscabs 14873   ⇝ cli 15121  Σcsu 15325

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-er 8456  df-pm 8576  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-seq 13650  df-exp 13711  df-hash 13973  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-clim 15125  df-rlim 15126  df-sum 15326

This theorem is referenced by:  omssubadd  32167  sge0ad2en  43859