Theorem leibpisum 27009

Description: The Leibniz formula for π. This version of leibpi 27008 looks nicer but does not assert that the series is convergent so is not as practically useful. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Apr-2015.)

Assertion

Ref	Expression
leibpisum	⊢ Σ𝑛 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) = (π / 4)

Proof of Theorem leibpisum

Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nn0uz 12878	. . 3 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
2		0zd 12581	. . 3 ⊢ (⊤ → 0 ∈ ℤ)
3		oveq2 7405	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (-1↑𝑘) = (-1↑𝑛))
4		oveq2 7405	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (2 · 𝑘) = (2 · 𝑛))
5	4	oveq1d 7412	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → ((2 · 𝑘) + 1) = ((2 · 𝑛) + 1))
6	3, 5	oveq12d 7415	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1)) = ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)))
7		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1))) = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1)))
8		ovex 7430	. . . . 5 ⊢ ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) ∈ V
9	6, 7, 8	fvmpt 6976	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1)))‘𝑛) = ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)))
10	9	adantl 485	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1)))‘𝑛) = ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)))
11		neg1rr 12182	. . . . . . 7 ⊢ -1 ∈ ℝ
12		reexpcl 14092	. . . . . . 7 ⊢ ((-1 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-1↑𝑛) ∈ ℝ)
13	11, 12	mpan 700	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (-1↑𝑛) ∈ ℝ)
14		2nn0 12499	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℕ0
15		nn0mulcl 12518	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 ∈ ℕ0 ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (2 · 𝑛) ∈ ℕ0)
16	14, 15	mpan 700	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑛) ∈ ℕ0)
17		nn0p1nn 12521	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 𝑛) ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℕ)
18	16, 17	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℕ)
19	13, 18	nndivred 12268	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) ∈ ℝ)
20	19	recnd 11211	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) ∈ ℂ)
21	20	adantl 485	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) ∈ ℂ)
22	7	leibpi 27008	. . . 4 ⊢ seq0( + , (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1)))) ⇝ (π / 4)
23	22	a1i 11	. . 3 ⊢ (⊤ → seq0( + , (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑘) / ((2 · 𝑘) + 1)))) ⇝ (π / 4))
24	1, 2, 10, 21, 23	isumclim 15785	. 2 ⊢ (⊤ → Σ𝑛 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) = (π / 4))
25	24	mptru 1568	1 ⊢ Σ𝑛 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑛) / ((2 · 𝑛) + 1)) = (π / 4)

Syntax hints:   = wceq 1561  ⊤wtru 1562   ∈ wcel 2143   class class class wbr 5101   ↦ cmpt 5182  ‘cfv 6522  (class class class)co 7397  ℂcc 11072  ℝcr 11073  0cc0 11074  1c1 11075   + caddc 11077   · cmul 11079  -cneg 11416   / cdiv 11845  ℕcn 12211  2c2 12273  4c4 12275  ℕ₀cn0 12482  seqcseq 14015  ↑cexp 14075   ⇝ cli 15512  Σcsu 15714  πcpi 16097

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1816  ax-4 1830  ax-5 1931  ax-6 1988  ax-7 2029  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5228  ax-sep 5247  ax-nul 5257  ax-pow 5323  ax-pr 5391  ax-un 7719  ax-inf2 9597  ax-cnex 11130  ax-resscn 11131  ax-1cn 11132  ax-icn 11133  ax-addcl 11134  ax-addrcl 11135  ax-mulcl 11136  ax-mulrcl 11137  ax-mulcom 11138  ax-addass 11139  ax-mulass 11140  ax-distr 11141  ax-i2m1 11142  ax-1ne0 11143  ax-1rid 11144  ax-rnegex 11145  ax-rrecex 11146  ax-cnre 11147  ax-pre-lttri 11148  ax-pre-lttrn 11149  ax-pre-ltadd 11150  ax-pre-mulgt0 11151  ax-pre-sup 11152  ax-addf 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1100  df-3an 1101  df-tru 1564  df-fal 1574  df-ex 1801  df-nf 1805  df-sb 2092  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3457  df-sbc 3746  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-tp 4588  df-op 4590  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-iin 4953  df-br 5102  df-opab 5164  df-mpt 5183  df-tr 5209  df-id 5543  df-eprel 5548  df-po 5556  df-so 5557  df-fr 5601  df-se 5602  df-we 5603  df-xp 5654  df-rel 5655  df-cnv 5656  df-co 5657  df-dm 5658  df-rn 5659  df-res 5660  df-ima 5661  df-pred 6289  df-ord 6350  df-on 6351  df-lim 6352  df-suc 6353  df-iota 6478  df-fun 6524  df-fn 6525  df-f 6526  df-f1 6527  df-fo 6528  df-f1o 6529  df-fv 6530  df-isom 6531  df-riota 7354  df-ov 7400  df-oprab 7401  df-mpo 7402  df-of 7661  df-om 7848  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-supp 8142  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8343  df-rdg 8382  df-1o 8438  df-2o 8439  df-oadd 8442  df-er 8679  df-map 8811  df-pm 8812  df-ixp 8881  df-en 8929  df-dom 8930  df-sdom 8931  df-fin 8932  df-fsupp 9309  df-fi 9358  df-sup 9389  df-inf 9390  df-oi 9459  df-card 9898  df-pnf 11219  df-mnf 11220  df-xr 11221  df-ltxr 11222  df-le 11223  df-sub 11417  df-neg 11418  df-div 11846  df-nn 12212  df-2 12281  df-3 12282  df-4 12283  df-5 12284  df-6 12285  df-7 12286  df-8 12287  df-9 12288  df-n0 12483  df-xnn0 12556  df-z 12570  df-dec 12690  df-uz 12841  df-q 12951  df-rp 12995  df-xneg 13115  df-xadd 13116  df-xmul 13117  df-ioo 13354  df-ioc 13355  df-ico 13356  df-icc 13357  df-fz 13514  df-fzo 13661  df-fl 13803  df-mod 13881  df-seq 14016  df-exp 14076  df-fac 14288  df-bc 14317  df-hash 14345  df-shft 15081  df-cj 15127  df-re 15128  df-im 15129  df-sqrt 15263  df-abs 15264  df-limsup 15499  df-clim 15516  df-rlim 15517  df-sum 15715  df-ef 16098  df-sin 16100  df-cos 16101  df-tan 16102  df-pi 16103  df-dvds 16288  df-struct 17184  df-sets 17201  df-slot 17219  df-ndx 17231  df-base 17247  df-ress 17268  df-plusg 17300  df-mulr 17301  df-starv 17302  df-sca 17303  df-vsca 17304  df-ip 17305  df-tset 17306  df-ple 17307  df-ds 17309  df-unif 17310  df-hom 17311  df-cco 17312  df-rest 17452  df-topn 17453  df-0g 17471  df-gsum 17472  df-topgen 17473  df-pt 17474  df-prds 17477  df-xrs 17533  df-qtop 17538  df-imas 17539  df-xps 17541  df-mre 17615  df-mrc 17616  df-acs 17618  df-mgm 18675  df-sgrp 18754  df-mnd 18770  df-submnd 18819  df-mulg 19111  df-cntz 19358  df-cmn 19823  df-psmet 21417  df-xmet 21418  df-met 21419  df-bl 21420  df-mopn 21421  df-fbas 21422  df-fg 21423  df-cnfld 21426  df-top 22955  df-topon 22972  df-topsp 22994  df-bases 23007  df-cld 23080  df-ntr 23081  df-cls 23082  df-nei 23159  df-lp 23197  df-perf 23198  df-cn 23288  df-cnp 23289  df-t1 23375  df-haus 23376  df-cmp 23448  df-tx 23623  df-hmeo 23816  df-fil 23907  df-fm 23999  df-flim 24000  df-flf 24001  df-xms 24381  df-ms 24382  df-tms 24383  df-cncf 24941  df-limc 25929  df-dv 25930  df-ulm 26441  df-log 26622  df-atan 26933

This theorem is referenced by: (None)