Metamath Proof Explorer


Theorem trirecip

Description: The sum of the reciprocals of the triangle numbers converge to two. This is Metamath 100 proof #42. (Contributed by Scott Fenton, 23-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 22-May-2014)

Ref Expression
Assertion trirecip ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2cnd โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
2 peano2nn โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘˜ + 1 ) โˆˆ โ„• )
3 nnmulcl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘˜ + 1 ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) โˆˆ โ„• )
4 2 3 mpdan โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) โˆˆ โ„• )
5 4 nncnd โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) โˆˆ โ„‚ )
6 4 nnne0d โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰  0 )
7 1 5 6 divrecd โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( 2 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = ( 2 ยท ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) ) )
8 7 sumeq2i โŠข ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 ยท ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) )
9 nnuz โŠข โ„• = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 )
10 1zzd โŠข ( โŠค โ†’ 1 โˆˆ โ„ค )
11 id โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ๐‘› = ๐‘˜ )
12 oveq1 โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( ๐‘› + 1 ) = ( ๐‘˜ + 1 ) )
13 11 12 oveq12d โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) = ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) )
14 13 oveq2d โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) = ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) )
15 eqid โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) )
16 ovex โŠข ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ V
17 14 15 16 fvmpt โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) )
18 17 adantl โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) )
19 4 nnrecred โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ โ„ )
20 19 recnd โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
21 20 adantl โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
22 15 trireciplem โŠข seq 1 ( + , ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) ) โ‡ 1
23 22 a1i โŠข ( โŠค โ†’ seq 1 ( + , ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) ) โ‡ 1 )
24 climrel โŠข Rel โ‡
25 24 releldmi โŠข ( seq 1 ( + , ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) ) โ‡ 1 โ†’ seq 1 ( + , ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) ) โˆˆ dom โ‡ )
26 23 25 syl โŠข ( โŠค โ†’ seq 1 ( + , ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘› ยท ( ๐‘› + 1 ) ) ) ) ) โˆˆ dom โ‡ )
27 2cnd โŠข ( โŠค โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
28 9 10 18 21 26 27 isummulc2 โŠข ( โŠค โ†’ ( 2 ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 ยท ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) ) )
29 9 10 18 21 23 isumclim โŠข ( โŠค โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = 1 )
30 29 oveq2d โŠข ( โŠค โ†’ ( 2 ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) ) = ( 2 ยท 1 ) )
31 28 30 eqtr3d โŠข ( โŠค โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 ยท ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) ) = ( 2 ยท 1 ) )
32 31 mptru โŠข ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 ยท ( 1 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) ) = ( 2 ยท 1 )
33 2t1e2 โŠข ( 2 ยท 1 ) = 2
34 8 32 33 3eqtri โŠข ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( 2 / ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = 2