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

Theorem geoserg 14933
Description: The value of the finite geometric series 𝐴𝑀 + 𝐴↑(𝑀 + 1) +... + 𝐴↑(𝑁 − 1). (Contributed by Mario Carneiro, 2-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
geoserg.1 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
geoserg.2 (𝜑𝐴 ≠ 1)
geoserg.3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
geoserg.4 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ𝑀))
Assertion
Ref Expression
geoserg (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) = (((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) / (1 − 𝐴)))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝑀   𝑘,𝑁   𝜑,𝑘

Proof of Theorem geoserg
Dummy variable 𝑗 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fzofi 13024 . . . . . 6 (𝑀..^𝑁) ∈ Fin
21a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → (𝑀..^𝑁) ∈ Fin)
3 ax-1cn 10280 . . . . . 6 1 ∈ ℂ
4 geoserg.1 . . . . . 6 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
5 subcl 10569 . . . . . 6 ((1 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (1 − 𝐴) ∈ ℂ)
63, 4, 5sylancr 582 . . . . 5 (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℂ)
74adantr 473 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → 𝐴 ∈ ℂ)
8 geoserg.3 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
9 elfzouz 12725 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
10 eluznn0 11998 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
118, 9, 10syl2an 590 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
127, 11expcld 13258 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
132, 6, 12fsummulc1 14852 . . . 4 (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) · (1 − 𝐴)) = Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)((𝐴𝑘) · (1 − 𝐴)))
143a1i 11 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → 1 ∈ ℂ)
1512, 14, 7subdid 10776 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → ((𝐴𝑘) · (1 − 𝐴)) = (((𝐴𝑘) · 1) − ((𝐴𝑘) · 𝐴)))
1612mulid1d 10344 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → ((𝐴𝑘) · 1) = (𝐴𝑘))
177, 11expp1d 13259 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → (𝐴↑(𝑘 + 1)) = ((𝐴𝑘) · 𝐴))
1817eqcomd 2803 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → ((𝐴𝑘) · 𝐴) = (𝐴↑(𝑘 + 1)))
1916, 18oveq12d 6894 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → (((𝐴𝑘) · 1) − ((𝐴𝑘) · 𝐴)) = ((𝐴𝑘) − (𝐴↑(𝑘 + 1))))
2015, 19eqtrd 2831 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)) → ((𝐴𝑘) · (1 − 𝐴)) = ((𝐴𝑘) − (𝐴↑(𝑘 + 1))))
2120sumeq2dv 14771 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)((𝐴𝑘) · (1 − 𝐴)) = Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)((𝐴𝑘) − (𝐴↑(𝑘 + 1))))
22 oveq2 6884 . . . . 5 (𝑗 = 𝑘 → (𝐴𝑗) = (𝐴𝑘))
23 oveq2 6884 . . . . 5 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝐴𝑗) = (𝐴↑(𝑘 + 1)))
24 oveq2 6884 . . . . 5 (𝑗 = 𝑀 → (𝐴𝑗) = (𝐴𝑀))
25 oveq2 6884 . . . . 5 (𝑗 = 𝑁 → (𝐴𝑗) = (𝐴𝑁))
26 geoserg.4 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ𝑀))
274adantr 473 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℂ)
28 elfzuz 12588 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (𝑀...𝑁) → 𝑗 ∈ (ℤ𝑀))
29 eluznn0 11998 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑗 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑗 ∈ ℕ0)
308, 28, 29syl2an 590 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑁)) → 𝑗 ∈ ℕ0)
3127, 30expcld 13258 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐴𝑗) ∈ ℂ)
3222, 23, 24, 25, 26, 31telfsumo 14869 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)((𝐴𝑘) − (𝐴↑(𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)))
3313, 21, 323eqtrrd 2836 . . 3 (𝜑 → ((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) · (1 − 𝐴)))
344, 8expcld 13258 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴𝑀) ∈ ℂ)
35 eluznn0 11998 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
368, 26, 35syl2anc 580 . . . . . 6 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
374, 36expcld 13258 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴𝑁) ∈ ℂ)
3834, 37subcld 10682 . . . 4 (𝜑 → ((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) ∈ ℂ)
392, 12fsumcl 14802 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) ∈ ℂ)
40 geoserg.2 . . . . . 6 (𝜑𝐴 ≠ 1)
4140necomd 3024 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≠ 𝐴)
42 subeq0 10597 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((1 − 𝐴) = 0 ↔ 1 = 𝐴))
433, 4, 42sylancr 582 . . . . . 6 (𝜑 → ((1 − 𝐴) = 0 ↔ 1 = 𝐴))
4443necon3bid 3013 . . . . 5 (𝜑 → ((1 − 𝐴) ≠ 0 ↔ 1 ≠ 𝐴))
4541, 44mpbird 249 . . . 4 (𝜑 → (1 − 𝐴) ≠ 0)
4638, 39, 6, 45divmul3d 11125 . . 3 (𝜑 → ((((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) / (1 − 𝐴)) = Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) ↔ ((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) · (1 − 𝐴))))
4733, 46mpbird 249 . 2 (𝜑 → (((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) / (1 − 𝐴)) = Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘))
4847eqcomd 2803 1 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀..^𝑁)(𝐴𝑘) = (((𝐴𝑀) − (𝐴𝑁)) / (1 − 𝐴)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 198  wa 385   = wceq 1653  wcel 2157  wne 2969  cfv 6099  (class class class)co 6876  Fincfn 8193  cc 10220  0cc0 10222  1c1 10223   + caddc 10225   · cmul 10227  cmin 10554   / cdiv 10974  0cn0 11576  cuz 11926  ...cfz 12576  ..^cfzo 12716  cexp 13110  Σcsu 14754
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1891  ax-4 1905  ax-5 2006  ax-6 2072  ax-7 2107  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2185  ax-11 2200  ax-12 2213  ax-13 2354  ax-ext 2775  ax-rep 4962  ax-sep 4973  ax-nul 4981  ax-pow 5033  ax-pr 5095  ax-un 7181  ax-inf2 8786  ax-cnex 10278  ax-resscn 10279  ax-1cn 10280  ax-icn 10281  ax-addcl 10282  ax-addrcl 10283  ax-mulcl 10284  ax-mulrcl 10285  ax-mulcom 10286  ax-addass 10287  ax-mulass 10288  ax-distr 10289  ax-i2m1 10290  ax-1ne0 10291  ax-1rid 10292  ax-rnegex 10293  ax-rrecex 10294  ax-cnre 10295  ax-pre-lttri 10296  ax-pre-lttrn 10297  ax-pre-ltadd 10298  ax-pre-mulgt0 10299  ax-pre-sup 10300
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 386  df-or 875  df-3or 1109  df-3an 1110  df-tru 1657  df-fal 1667  df-ex 1876  df-nf 1880  df-sb 2065  df-mo 2590  df-eu 2607  df-clab 2784  df-cleq 2790  df-clel 2793  df-nfc 2928  df-ne 2970  df-nel 3073  df-ral 3092  df-rex 3093  df-reu 3094  df-rmo 3095  df-rab 3096  df-v 3385  df-sbc 3632  df-csb 3727  df-dif 3770  df-un 3772  df-in 3774  df-ss 3781  df-pss 3783  df-nul 4114  df-if 4276  df-pw 4349  df-sn 4367  df-pr 4369  df-tp 4371  df-op 4373  df-uni 4627  df-int 4666  df-iun 4710  df-br 4842  df-opab 4904  df-mpt 4921  df-tr 4944  df-id 5218  df-eprel 5223  df-po 5231  df-so 5232  df-fr 5269  df-se 5270  df-we 5271  df-xp 5316  df-rel 5317  df-cnv 5318  df-co 5319  df-dm 5320  df-rn 5321  df-res 5322  df-ima 5323  df-pred 5896  df-ord 5942  df-on 5943  df-lim 5944  df-suc 5945  df-iota 6062  df-fun 6101  df-fn 6102  df-f 6103  df-f1 6104  df-fo 6105  df-f1o 6106  df-fv 6107  df-isom 6108  df-riota 6837  df-ov 6879  df-oprab 6880  df-mpt2 6881  df-om 7298  df-1st 7399  df-2nd 7400  df-wrecs 7643  df-recs 7705  df-rdg 7743  df-1o 7797  df-oadd 7801  df-er 7980  df-en 8194  df-dom 8195  df-sdom 8196  df-fin 8197  df-sup 8588  df-oi 8655  df-card 9049  df-pnf 10363  df-mnf 10364  df-xr 10365  df-ltxr 10366  df-le 10367  df-sub 10556  df-neg 10557  df-div 10975  df-nn 11311  df-2 11372  df-3 11373  df-n0 11577  df-z 11663  df-uz 11927  df-rp 12071  df-fz 12577  df-fzo 12717  df-seq 13052  df-exp 13111  df-hash 13367  df-cj 14177  df-re 14178  df-im 14179  df-sqrt 14313  df-abs 14314  df-clim 14557  df-sum 14755
This theorem is referenced by:  geoser  14934  rplogsumlem2  25523  rpvmasumlem  25525  dchrisum0flblem1  25546
  Copyright terms: Public domain W3C validator