MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  geo2sum2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem geo2sum2 15918
Description: The value of the finite geometric series 1 + 2 + 4 + 8 +... + 2↑(𝑁 − 1). (Contributed by Mario Carneiro, 7-Sep-2016.)
Assertion
Ref Expression
geo2sum2 (𝑁 ∈ ℕ0 → Σ𝑘 ∈ (0..^𝑁)(2↑𝑘) = ((2↑𝑁) − 1))
Distinct variable group:   𝑘,𝑁

Proof of Theorem geo2sum2
StepHypRef Expression
1 nn0z 12660 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℤ)
2 fzoval 13713 . . . 4 (𝑁 ∈ ℤ → (0..^𝑁) = (0...(𝑁 − 1)))
31, 2syl 17 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → (0..^𝑁) = (0...(𝑁 − 1)))
43sumeq1d 15744 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 → Σ𝑘 ∈ (0..^𝑁)(2↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))(2↑𝑘))
5 2cn 12364 . . . 4 2 ∈ ℂ
65a1i 11 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℂ)
7 1ne2 12497 . . . . 5 1 ≠ 2
87necomi 2997 . . . 4 2 ≠ 1
98a1i 11 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → 2 ≠ 1)
10 id 22 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0)
116, 9, 10geoser 15911 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))(2↑𝑘) = ((1 − (2↑𝑁)) / (1 − 2)))
126, 10expcld 14192 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ0 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
13 ax-1cn 11238 . . . . . 6 1 ∈ ℂ
1413a1i 11 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ0 → 1 ∈ ℂ)
1512, 14subcld 11643 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0 → ((2↑𝑁) − 1) ∈ ℂ)
16 ax-1ne0 11249 . . . . 5 1 ≠ 0
1716a1i 11 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0 → 1 ≠ 0)
1815, 14, 17div2negd 12081 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → (-((2↑𝑁) − 1) / -1) = (((2↑𝑁) − 1) / 1))
1912, 14negsubdi2d 11659 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0 → -((2↑𝑁) − 1) = (1 − (2↑𝑁)))
20 2m1e1 12415 . . . . . . 7 (2 − 1) = 1
2120negeqi 11525 . . . . . 6 -(2 − 1) = -1
225, 13negsubdi2i 11618 . . . . . 6 -(2 − 1) = (1 − 2)
2321, 22eqtr3i 2764 . . . . 5 -1 = (1 − 2)
2423a1i 11 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0 → -1 = (1 − 2))
2519, 24oveq12d 7463 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → (-((2↑𝑁) − 1) / -1) = ((1 − (2↑𝑁)) / (1 − 2)))
2615div1d 12058 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → (((2↑𝑁) − 1) / 1) = ((2↑𝑁) − 1))
2718, 25, 263eqtr3d 2782 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 → ((1 − (2↑𝑁)) / (1 − 2)) = ((2↑𝑁) − 1))
284, 11, 273eqtrd 2778 1 (𝑁 ∈ ℕ0 → Σ𝑘 ∈ (0..^𝑁)(2↑𝑘) = ((2↑𝑁) − 1))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4   = wceq 1537  wcel 2103  wne 2942  (class class class)co 7445  cc 11178  0cc0 11180  1c1 11181  cmin 11516  -cneg 11517   / cdiv 11943  2c2 12344  0cn0 12549  cz 12635  ...cfz 13563  ..^cfzo 13707  cexp 14108  Σcsu 15730
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2105  ax-9 2113  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2173  ax-ext 2705  ax-rep 5306  ax-sep 5320  ax-nul 5327  ax-pow 5386  ax-pr 5450  ax-un 7766  ax-inf2 9706  ax-cnex 11236  ax-resscn 11237  ax-1cn 11238  ax-icn 11239  ax-addcl 11240  ax-addrcl 11241  ax-mulcl 11242  ax-mulrcl 11243  ax-mulcom 11244  ax-addass 11245  ax-mulass 11246  ax-distr 11247  ax-i2m1 11248  ax-1ne0 11249  ax-1rid 11250  ax-rnegex 11251  ax-rrecex 11252  ax-cnre 11253  ax-pre-lttri 11254  ax-pre-lttrn 11255  ax-pre-ltadd 11256  ax-pre-mulgt0 11257  ax-pre-sup 11258
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2726  df-clel 2813  df-nfc 2890  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3064  df-rex 3073  df-rmo 3383  df-reu 3384  df-rab 3439  df-v 3484  df-sbc 3799  df-csb 3916  df-dif 3973  df-un 3975  df-in 3977  df-ss 3987  df-pss 3990  df-nul 4348  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4973  df-iun 5021  df-br 5170  df-opab 5232  df-mpt 5253  df-tr 5287  df-id 5597  df-eprel 5603  df-po 5611  df-so 5612  df-fr 5654  df-se 5655  df-we 5656  df-xp 5705  df-rel 5706  df-cnv 5707  df-co 5708  df-dm 5709  df-rn 5710  df-res 5711  df-ima 5712  df-pred 6331  df-ord 6397  df-on 6398  df-lim 6399  df-suc 6400  df-iota 6524  df-fun 6574  df-fn 6575  df-f 6576  df-f1 6577  df-fo 6578  df-f1o 6579  df-fv 6580  df-isom 6581  df-riota 7401  df-ov 7448  df-oprab 7449  df-mpo 7450  df-om 7900  df-1st 8026  df-2nd 8027  df-frecs 8318  df-wrecs 8349  df-recs 8423  df-rdg 8462  df-1o 8518  df-er 8759  df-en 9000  df-dom 9001  df-sdom 9002  df-fin 9003  df-sup 9507  df-oi 9575  df-card 10004  df-pnf 11322  df-mnf 11323  df-xr 11324  df-ltxr 11325  df-le 11326  df-sub 11518  df-neg 11519  df-div 11944  df-nn 12290  df-2 12352  df-3 12353  df-n0 12550  df-z 12636  df-uz 12900  df-rp 13054  df-fz 13564  df-fzo 13708  df-seq 14049  df-exp 14109  df-hash 14376  df-cj 15144  df-re 15145  df-im 15146  df-sqrt 15280  df-abs 15281  df-clim 15530  df-sum 15731
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator