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... 16076
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 12467 . . . . 5  |-  9  e.  CC
2 10re 12861 . . . . . . 7  |- ; 1 0  e.  RR
32recni 11347 . . . . . 6  |- ; 1 0  e.  CC
4 nnnn0 12637 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  ->  k  e.  NN0 )
5 expcl 14246 . . . . . 6  |-  ( (; 1
0  e.  CC  /\  k  e.  NN0 )  -> 
(; 1 0 ^ k
)  e.  CC )
63, 4, 5sylancr 599 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (; 1 0 ^ k )  e.  CC )
73a1i 11 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  -> ; 1 0  e.  CC )
8 10pos 12859 . . . . . . . 8  |-  0  < ; 1
0
92, 8gt0ne0ii 11876 . . . . . . 7  |- ; 1 0  =/=  0
109a1i 11 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  -> ; 1 0  =/=  0
)
11 nnz 12738 . . . . . 6  |-  ( k  e.  NN  ->  k  e.  ZZ )
127, 10, 11expne0d 14319 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (; 1 0 ^ k )  =/=  0 )
13 divrec 12014 . . . . 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 1496 . . . 4  |-  ( k  e.  NN  ->  (
9  /  (; 1 0 ^ k
) )  =  ( 9  x.  ( 1  /  (; 1 0 ^ k
) ) ) )
157, 10, 11exprecd 14321 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (
( 1  / ; 1 0 ) ^
k )  =  ( 1  /  (; 1 0 ^ k
) ) )
1615oveq2d 7456 . . . 4  |-  ( k  e.  NN  ->  (
9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) )  =  ( 9  x.  (
1  /  (; 1 0 ^ k
) ) ) )
1714, 16eqtr4d 2801 . . 3  |-  ( k  e.  NN  ->  (
9  /  (; 1 0 ^ k
) )  =  ( 9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) ) )
1817sumeq2i 15891 . 2  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  / 
(; 1 0 ^ k
) )  =  sum_ k  e.  NN  (
9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^
k ) )
192, 9rereccli 12106 . . . . 5  |-  ( 1  / ; 1 0 )  e.  RR
2019recni 11347 . . . 4  |-  ( 1  / ; 1 0 )  e.  CC
21 0re 11334 . . . . . . 7  |-  0  e.  RR
222, 8recgt0ii 12247 . . . . . . 7  |-  0  <  ( 1  / ; 1 0 )
2321, 19, 22ltleii 11457 . . . . . 6  |-  0  <_  ( 1  / ; 1 0 )
2419absidi 15571 . . . . . 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 12983 . . . . . 6  |-  1  < ; 1
0
27 recgt1 12237 . . . . . . 7  |-  ( (; 1
0  e.  RR  /\  0  < ; 1 0 )  -> 
( 1  < ; 1 0  <->  ( 1  / ; 1 0 )  <  1 ) )
282, 8, 27mp2an 705 . . . . . 6  |-  ( 1  < ; 1 0  <->  ( 1  / ; 1 0 )  <  1 )
2926, 28mpbi 233 . . . . 5  |-  ( 1  / ; 1 0 )  <  1
3025, 29eqbrtri 5129 . . . 4  |-  ( abs `  ( 1  / ; 1 0 ) )  <  1
31 geoisum1c 16075 . . . 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 1491 . . 3  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^ k ) )  =  ( ( 9  x.  ( 1  / ; 1 0 ) )  /  ( 1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
331, 3, 9divreci 12086 . . . 4  |-  ( 9  / ; 1 0 )  =  ( 9  x.  (
1  / ; 1 0 ) )
341, 3, 9divcan2i 12084 . . . . . 6  |-  (; 1 0  x.  (
9  / ; 1 0 ) )  =  9
35 ax-1cn 11282 . . . . . . . 8  |-  1  e.  CC
363, 35, 20subdii 11789 . . . . . . 7  |-  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )  =  ( (; 1
0  x.  1 )  -  (; 1 0  x.  (
1  / ; 1 0 ) ) )
373mulridi 11337 . . . . . . . 8  |-  (; 1 0  x.  1 )  = ; 1 0
383, 9recidi 12072 . . . . . . . 8  |-  (; 1 0  x.  (
1  / ; 1 0 ) )  =  1
3937, 38oveq12i 7452 . . . . . . 7  |-  ( (; 1
0  x.  1 )  -  (; 1 0  x.  (
1  / ; 1 0 ) ) )  =  (; 1 0  -  1 )
40 10m1e9 12939 . . . . . . 7  |-  (; 1 0  -  1 )  =  9
4136, 39, 403eqtrri 2791 . . . . . 6  |-  9  =  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
4234, 41eqtri 2786 . . . . 5  |-  (; 1 0  x.  (
9  / ; 1 0 ) )  =  (; 1 0  x.  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
43 9re 12466 . . . . . . . 8  |-  9  e.  RR
4443, 2, 9redivcli 12108 . . . . . . 7  |-  ( 9  / ; 1 0 )  e.  RR
4544recni 11347 . . . . . 6  |-  ( 9  / ; 1 0 )  e.  CC
4635, 20subcli 11658 . . . . . 6  |-  ( 1  -  ( 1  / ; 1 0 ) )  e.  CC
4745, 46, 3, 9mulcani 11979 . . . . 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 7452 . . 3  |-  ( ( 9  / ; 1 0 )  / 
( 9  / ; 1 0 ) )  =  ( ( 9  x.  ( 1  / ; 1 0 ) )  /  (
1  -  ( 1  / ; 1 0 ) ) )
50 9pos 12483 . . . . . 6  |-  0  <  9
5143, 2, 50, 8divgt0ii 12258 . . . . 5  |-  0  <  ( 9  / ; 1 0 )
5244, 51gt0ne0ii 11876 . . . 4  |-  ( 9  / ; 1 0 )  =/=  0
5345, 52dividi 12074 . . 3  |-  ( ( 9  / ; 1 0 )  / 
( 9  / ; 1 0 ) )  =  1
5432, 49, 533eqtr2i 2792 . 2  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  x.  ( ( 1  / ; 1 0 ) ^ k ) )  =  1
5518, 54eqtri 2786 1  |-  sum_ k  e.  NN  ( 9  / 
(; 1 0 ^ k
) )  =  1
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:    <-> wb 209    = wceq 1570    e. wcel 2147    =/= wne 2959   class class class wbr 5106   ` cfv 6555  (class class class)co 7440   CCcc 11222   RRcr 11223   0cc0 11224   1c1 11225    x. cmul 11229    < clt 11367    <_ cle 11368    - cmin 11565    / cdiv 11997   NNcn 12359   9c9 12428   NN0cn0 12630  ;cdc 12838   ^cexp 14228   abscabs 15427   sum_csu 15879
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-inf2 9666  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-isom 6564  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-1o 8501  df-er 8742  df-pm 8875  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-sup 9458  df-inf 9459  df-oi 9528  df-card 10044  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-4 12431  df-5 12432  df-6 12433  df-7 12434  df-8 12435  df-9 12436  df-n0 12631  df-z 12718  df-dec 12839  df-uz 12990  df-rp 13145  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-fl 13956  df-seq 14169  df-exp 14229  df-hash 14499  df-cj 15292  df-re 15293  df-im 15294  df-sqrt 15428  df-abs 15429  df-clim 15681  df-rlim 15682  df-sum 15880
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator