MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  0.999... Structured version   Visualization version   Unicode version

Theorem 0.999... 15935
Description: The recurring decimal 0.999..., which is defined as the infinite sum 0.9 + 0.09 + 0.009 + ... i.e.  9  /  1 0 ^ 1  +  9  /  1 0 ^ 2  +  9  / 
1 0 ^ 3  +  ..., is exactly equal to 1, according to ZF set theory. Interestingly, about 40% of the people responding to a poll at http://forum.physorg.com/index.php?showtopic=13177 disagree. (Contributed by NM, 2-Nov-2007.) (Revised by AV, 8-Sep-2021.)
Assertion
Ref Expression
0.999...  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  / 
(; 1 0 ^ k
) )  =  1

Proof of Theorem 0.999...
StepHypRef Expression
1 9cn 12341 . . . . 5  |-  9  e.  CC
2 10re 12734 . . . . . . 7  |- ; 1 0  e.  RR
32recni 11223 . . . . . 6  |- ; 1 0  e.  CC
4 nnnn0 12511 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  ->  k  e.  NN0 )
5 expcl 14115 . . . . . 6  |-  ( (; 1
0  e.  CC  /\  k  e.  NN0 )  -> 
(; 1 0 ^ k
)  e.  CC )
63, 4, 5sylancr 598 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (; 1 0 ^ k )  e.  CC )
73a1i 11 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  -> ; 1 0  e.  CC )
8 10pos 12732 . . . . . . . 8  |-  0  < ; 1
0
92, 8gt0ne0ii 11750 . . . . . . 7  |- ; 1 0  =/=  0
109a1i 11 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  -> ; 1 0  =/=  0
)
11 nnz 12612 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  ->  k  e.  ZZ )
127, 10, 11expne0d 14188 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (; 1 0 ^ k )  =/=  0 )
13 divrec 11888 . . . . 5  |-  ( ( 9  e.  CC  /\  (; 1 0 ^ k )  e.  CC  /\  (; 1 0 ^ k )  =/=  0 )  ->  (
9  /  (; 1 0 ^ k
) )  =  ( 9  x.  ( 1  /  (; 1 0 ^ k
) ) ) )
141, 6, 12, 13mp3an2i 1492 . . . 4  |-  ( k  e.  NN  ->  (
9  /  (; 1 0 ^ k
) )  =  ( 9  x.  ( 1  /  (; 1 0 ^ k
) ) ) )
157, 10, 11exprecd 14190 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (
( 1  / ; 1 0 ) ^
k )  =  ( 1  /  (; 1 0 ^ k
) ) )
1615oveq2d 7427 . . . 4  |-  ( k  e.  NN  ->  (
9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) )  =  ( 9  x.  (
1  /  (; 1 0 ^ k
) ) ) )
1714, 16eqtr4d 2807 . . 3  |-  ( k  e.  NN  ->  (
9  /  (; 1 0 ^ k
) )  =  ( 9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) ) )
1817sumeq2i 15749 . 2  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  / 
(; 1 0 ^ k
) )  =  sum_ k  e.  NN  (
9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) )
192, 9rereccli 11980 . . . . 5  |-  ( 1  / ; 1 0 )  e.  RR
2019recni 11223 . . . 4  |-  ( 1  / ; 1 0 )  e.  CC
21 0re 11210 . . . . . . 7  |-  0  e.  RR
222, 8recgt0ii 12121 . . . . . . 7  |-  0  <  ( 1  / ; 1 0 )
2321, 19, 22ltleii 11333 . . . . . 6  |-  0  <_  ( 1  / ; 1 0 )
2419absidi 15429 . . . . . 6  |-  ( 0  <_  ( 1  / ; 1 0 )  ->  ( abs `  ( 1  / ; 1 0 ) )  =  ( 1  / ; 1 0 ) )
2523, 24ax-mp 5 . . . . 5  |-  ( abs `  ( 1  / ; 1 0 ) )  =  ( 1  / ; 1 0 )
26 1lt10 12856 . . . . . 6  |-  1  < ; 1
0
27 recgt1 12111 . . . . . . 7  |-  ( (; 1
0  e.  RR  /\  0  < ; 1 0 )  -> 
( 1  < ; 1 0  <->  ( 1  / ; 1 0 )  <  1 ) )
282, 8, 27mp2an 704 . . . . . 6  |-  ( 1  < ; 1 0  <->  ( 1  / ; 1 0 )  <  1 )
2926, 28mpbi 233 . . . . 5  |-  ( 1  / ; 1 0 )  <  1
3025, 29eqbrtri 5136 . . . 4  |-  ( abs `  ( 1  / ; 1 0 ) )  <  1
31 geoisum1c 15934 . . . 4  |-  ( ( 9  e.  CC  /\  ( 1  / ; 1 0 )  e.  CC  /\  ( abs `  ( 1  / ; 1 0 ) )  <  1 )  ->  sum_ k  e.  NN  (
9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) )  =  ( ( 9  x.  ( 1  / ; 1 0 ) )  /  ( 1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) ) )
321, 20, 30, 31mp3an 1487 . . 3  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^ k ) )  =  ( ( 9  x.  ( 1  / ; 1 0 ) )  /  ( 1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
331, 3, 9divreci 11960 . . . 4  |-  ( 9  / ; 1 0 )  =  ( 9  x.  (
1  / ; 1 0 ) )
341, 3, 9divcan2i 11958 . . . . . 6  |-  (; 1 0  x.  (
9  / ; 1 0 ) )  =  9
35 ax-1cn 11158 . . . . . . . 8  |-  1  e.  CC
363, 35, 20subdii 11663 . . . . . . 7  |-  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )  =  ( (; 1
0  x.  1 )  -  (; 1 0  x.  (
1  / ; 1 0 ) ) )
373mulridi 11213 . . . . . . . 8  |-  (; 1 0  x.  1 )  = ; 1 0
383, 9recidi 11946 . . . . . . . 8  |-  (; 1 0  x.  (
1  / ; 1 0 ) )  =  1
3937, 38oveq12i 7423 . . . . . . 7  |-  ( (; 1
0  x.  1 )  -  (; 1 0  x.  (
1  / ; 1 0 ) ) )  =  (; 1 0  -  1 )
40 10m1e9 12812 . . . . . . 7  |-  (; 1 0  -  1 )  =  9
4136, 39, 403eqtrri 2797 . . . . . 6  |-  9  =  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
4234, 41eqtri 2792 . . . . 5  |-  (; 1 0  x.  (
9  / ; 1 0 ) )  =  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
43 9re 12340 . . . . . . . 8  |-  9  e.  RR
4443, 2, 9redivcli 11982 . . . . . . 7  |-  ( 9  / ; 1 0 )  e.  RR
4544recni 11223 . . . . . 6  |-  ( 9  / ; 1 0 )  e.  CC
4635, 20subcli 11534 . . . . . 6  |-  ( 1  -  ( 1  / ; 1 0 ) )  e.  CC
4745, 46, 3, 9mulcani 11853 . . . . 5  |-  ( (; 1
0  x.  ( 9  / ; 1 0 ) )  =  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )  <->  ( 9  / ; 1 0 )  =  ( 1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
4842, 47mpbi 233 . . . 4  |-  ( 9  / ; 1 0 )  =  ( 1  -  (
1  / ; 1 0 ) )
4933, 48oveq12i 7423 . . 3  |-  ( ( 9  / ; 1 0 )  / 
( 9  / ; 1 0 ) )  =  ( ( 9  x.  ( 1  / ; 1 0 ) )  /  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
50 9pos 12357 . . . . . 6  |-  0  <  9
5143, 2, 50, 8divgt0ii 12132 . . . . 5  |-  0  <  ( 9  / ; 1 0 )
5244, 51gt0ne0ii 11750 . . . 4  |-  ( 9  / ; 1 0 )  =/=  0
5345, 52dividi 11948 . . 3  |-  ( ( 9  / ; 1 0 )  / 
( 9  / ; 1 0 ) )  =  1
5432, 49, 533eqtr2i 2798 . 2  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^ k ) )  =  1
5518, 54eqtri 2792 1  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  / 
(; 1 0 ^ k
) )  =  1
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    <-> wb 209    = wceq 1567    e. wcel 2149    =/= wne 2964   class class class wbr 5113   ` cfv 6537  (class class class)co 7411   CCcc 11098   RRcr 11099   0cc0 11100   1c1 11101    x. cmul 11105    < clt 11243    <_ cle 11244    - cmin 11441    / cdiv 11871   NNcn 12233   9c9 12302   NN0cn0 12504  ;cdc 12711   ^cexp 14097   abscabs 15285   sum_csu 15737
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-rep 5242  ax-sep 5261  ax-nul 5271  ax-pow 5337  ax-pr 5405  ax-un 7733  ax-inf2 9610  ax-cnex 11156  ax-resscn 11157  ax-1cn 11158  ax-icn 11159  ax-addcl 11160  ax-addrcl 11161  ax-mulcl 11162  ax-mulrcl 11163  ax-mulcom 11164  ax-addass 11165  ax-mulass 11166  ax-distr 11167  ax-i2m1 11168  ax-1ne0 11169  ax-1rid 11170  ax-rnegex 11171  ax-rrecex 11172  ax-cnre 11173  ax-pre-lttri 11174  ax-pre-lttrn 11175  ax-pre-ltadd 11176  ax-pre-mulgt0 11177  ax-pre-sup 11178
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3424  df-v 3465  df-sbc 3754  df-csb 3862  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3933  df-nul 4295  df-if 4493  df-pw 4569  df-sn 4595  df-pr 4597  df-op 4601  df-uni 4877  df-int 4917  df-iun 4962  df-br 5114  df-opab 5178  df-mpt 5197  df-tr 5223  df-id 5557  df-eprel 5562  df-po 5570  df-so 5571  df-fr 5615  df-se 5616  df-we 5617  df-xp 5668  df-rel 5669  df-cnv 5670  df-co 5671  df-dm 5672  df-rn 5673  df-res 5674  df-ima 5675  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7368  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8358  df-rdg 8397  df-1o 8453  df-er 8694  df-pm 8827  df-en 8944  df-dom 8945  df-sdom 8946  df-fin 8947  df-sup 9402  df-inf 9403  df-oi 9472  df-card 9925  df-pnf 11245  df-mnf 11246  df-xr 11247  df-ltxr 11248  df-le 11249  df-sub 11443  df-neg 11444  df-div 11872  df-nn 12234  df-2 12303  df-3 12304  df-4 12305  df-5 12306  df-6 12307  df-7 12308  df-8 12309  df-9 12310  df-n0 12505  df-z 12592  df-dec 12712  df-uz 12863  df-rp 13017  df-fz 13536  df-fzo 13683  df-fl 13825  df-seq 14038  df-exp 14098  df-hash 14367  df-cj 15150  df-re 15151  df-im 15152  df-sqrt 15286  df-abs 15287  df-clim 15539  df-rlim 15540  df-sum 15738
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator