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

Theorem geoihalfsum 15852
Description: Prove that the infinite geometric series of 1/2, 1/2 + 1/4 + 1/8 + ... = 1. Uses geoisum1 15849. This is a representation of .111... in binary with an infinite number of 1's. Theorem 0.999... 15851 proves a similar claim for .999... in base 10. (Contributed by David A. Wheeler, 4-Jan-2017.) (Proof shortened by AV, 9-Jul-2022.)
Assertion
Ref Expression
geoihalfsum Σ𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘)) = 1

Proof of Theorem geoihalfsum
StepHypRef Expression
1 2cn 12309 . . . . 5 2 ∈ ℂ
21a1i 11 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
3 2ne0 12338 . . . . 5 2 ≠ 0
43a1i 11 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ → 2 ≠ 0)
5 nnz 12601 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℤ)
62, 4, 5exprecd 14142 . . 3 (𝑘 ∈ ℕ → ((1 / 2)↑𝑘) = (1 / (2↑𝑘)))
76sumeq2i 15669 . 2 Σ𝑘 ∈ ℕ ((1 / 2)↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘))
8 halfcn 12449 . . . 4 (1 / 2) ∈ ℂ
9 halfre 12448 . . . . . 6 (1 / 2) ∈ ℝ
10 halfge0 12451 . . . . . 6 0 ≤ (1 / 2)
11 absid 15267 . . . . . 6 (((1 / 2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (1 / 2)) → (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2))
129, 10, 11mp2an 691 . . . . 5 (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2)
13 halflt1 12452 . . . . 5 (1 / 2) < 1
1412, 13eqbrtri 5163 . . . 4 (abs‘(1 / 2)) < 1
15 geoisum1 15849 . . . 4 (((1 / 2) ∈ ℂ ∧ (abs‘(1 / 2)) < 1) → Σ𝑘 ∈ ℕ ((1 / 2)↑𝑘) = ((1 / 2) / (1 − (1 / 2))))
168, 14, 15mp2an 691 . . 3 Σ𝑘 ∈ ℕ ((1 / 2)↑𝑘) = ((1 / 2) / (1 − (1 / 2)))
17 1mhlfehlf 12453 . . . 4 (1 − (1 / 2)) = (1 / 2)
1817oveq2i 7425 . . 3 ((1 / 2) / (1 − (1 / 2))) = ((1 / 2) / (1 / 2))
19 ax-1cn 11188 . . . . 5 1 ∈ ℂ
20 ax-1ne0 11199 . . . . 5 1 ≠ 0
2119, 1, 20, 3divne0i 11984 . . . 4 (1 / 2) ≠ 0
228, 21dividi 11969 . . 3 ((1 / 2) / (1 / 2)) = 1
2316, 18, 223eqtri 2759 . 2 Σ𝑘 ∈ ℕ ((1 / 2)↑𝑘) = 1
247, 23eqtr3i 2757 1 Σ𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘)) = 1
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   = wceq 1534  wcel 2099  wne 2935   class class class wbr 5142  cfv 6542  (class class class)co 7414  cc 11128  cr 11129  0cc0 11130  1c1 11131   < clt 11270  cle 11271  cmin 11466   / cdiv 11893  cn 12234  2c2 12289  cexp 14050  abscabs 15205  Σcsu 15656
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2164  ax-ext 2698  ax-rep 5279  ax-sep 5293  ax-nul 5300  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7734  ax-inf2 9656  ax-cnex 11186  ax-resscn 11187  ax-1cn 11188  ax-icn 11189  ax-addcl 11190  ax-addrcl 11191  ax-mulcl 11192  ax-mulrcl 11193  ax-mulcom 11194  ax-addass 11195  ax-mulass 11196  ax-distr 11197  ax-i2m1 11198  ax-1ne0 11199  ax-1rid 11200  ax-rnegex 11201  ax-rrecex 11202  ax-cnre 11203  ax-pre-lttri 11204  ax-pre-lttrn 11205  ax-pre-ltadd 11206  ax-pre-mulgt0 11207  ax-pre-sup 11208
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2705  df-cleq 2719  df-clel 2805  df-nfc 2880  df-ne 2936  df-nel 3042  df-ral 3057  df-rex 3066  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3428  df-v 3471  df-sbc 3775  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3963  df-nul 4319  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-op 4631  df-uni 4904  df-int 4945  df-iun 4993  df-br 5143  df-opab 5205  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-se 5628  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6299  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-isom 6551  df-riota 7370  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7865  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8385  df-rdg 8424  df-1o 8480  df-er 8718  df-pm 8839  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-fin 8959  df-sup 9457  df-inf 9458  df-oi 9525  df-card 9954  df-pnf 11272  df-mnf 11273  df-xr 11274  df-ltxr 11275  df-le 11276  df-sub 11468  df-neg 11469  df-div 11894  df-nn 12235  df-2 12297  df-3 12298  df-n0 12495  df-z 12581  df-uz 12845  df-rp 12999  df-fz 13509  df-fzo 13652  df-fl 13781  df-seq 13991  df-exp 14051  df-hash 14314  df-cj 15070  df-re 15071  df-im 15072  df-sqrt 15206  df-abs 15207  df-clim 15456  df-rlim 15457  df-sum 15657
This theorem is referenced by:  omssubadd  33856
  Copyright terms: Public domain W3C validator