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Theorem atantayl 20782
Description: The Taylor series for arctan ( A
). (Contributed by Mario Carneiro, 1-Apr-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
atantayl.1  |-  F  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  ( ( -u _i ^ n )  -  ( _i ^ n ) ) )  /  2
)  x.  ( ( A ^ n )  /  n ) ) )
Assertion
Ref Expression
atantayl  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  ,  F )  ~~>  (arctan `  A ) )
Distinct variable group:    A, n
Allowed substitution hint:    F( n)

Proof of Theorem atantayl
Dummy variables  k  m are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 10526 . . 3  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
2 1z 10316 . . . 4  |-  1  e.  ZZ
32a1i 11 . . 3  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
1  e.  ZZ )
4 ax-icn 9054 . . . 4  |-  _i  e.  CC
5 halfcl 10198 . . . 4  |-  ( _i  e.  CC  ->  (
_i  /  2 )  e.  CC )
64, 5mp1i 12 . . 3  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( _i  /  2
)  e.  CC )
7 simpl 445 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  A  e.  CC )
8 mulcl 9079 . . . . . . . . 9  |-  ( ( _i  e.  CC  /\  A  e.  CC )  ->  ( _i  x.  A
)  e.  CC )
94, 7, 8sylancr 646 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( _i  x.  A
)  e.  CC )
109negcld 9403 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  -u ( _i  x.  A
)  e.  CC )
119absnegd 12256 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  -u (
_i  x.  A )
)  =  ( abs `  ( _i  x.  A
) ) )
12 absmul 12104 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( _i  e.  CC  /\  A  e.  CC )  ->  ( abs `  (
_i  x.  A )
)  =  ( ( abs `  _i )  x.  ( abs `  A
) ) )
134, 7, 12sylancr 646 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  (
_i  x.  A )
)  =  ( ( abs `  _i )  x.  ( abs `  A
) ) )
14 absi 12096 . . . . . . . . . . 11  |-  ( abs `  _i )  =  1
1514oveq1i 6094 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( abs `  _i )  x.  ( abs `  A
) )  =  ( 1  x.  ( abs `  A ) )
16 abscl 12088 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( A  e.  CC  ->  ( abs `  A )  e.  RR )
1716adantr 453 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  A
)  e.  RR )
1817recnd 9119 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  A
)  e.  CC )
1918mulid2d 9111 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( 1  x.  ( abs `  A ) )  =  ( abs `  A
) )
2015, 19syl5eq 2482 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( ( abs `  _i )  x.  ( abs `  A ) )  =  ( abs `  A
) )
2111, 13, 203eqtrd 2474 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  -u (
_i  x.  A )
)  =  ( abs `  A ) )
22 simpr 449 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  A
)  <  1 )
2321, 22eqbrtrd 4235 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  -u (
_i  x.  A )
)  <  1 )
24 logtayl 20556 . . . . . . 7  |-  ( (
-u ( _i  x.  A )  e.  CC  /\  ( abs `  -u (
_i  x.  A )
)  <  1 )  ->  seq  1 (  +  ,  ( n  e.  NN  |->  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) )  ~~>  -u ( log `  ( 1  - 
-u ( _i  x.  A ) ) ) )
2510, 23, 24syl2anc 644 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) )  ~~> 
-u ( log `  (
1  -  -u (
_i  x.  A )
) ) )
26 ax-1cn 9053 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  CC
27 subneg 9355 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  ( _i  x.  A
)  e.  CC )  ->  ( 1  - 
-u ( _i  x.  A ) )  =  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) )
2826, 9, 27sylancr 646 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( 1  -  -u (
_i  x.  A )
)  =  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) )
2928fveq2d 5735 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( log `  (
1  -  -u (
_i  x.  A )
) )  =  ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) ) )
3029negeqd 9305 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  -u ( log `  (
1  -  -u (
_i  x.  A )
) )  =  -u ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) ) )
3125, 30breqtrd 4239 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) )  ~~> 
-u ( log `  (
1  +  ( _i  x.  A ) ) ) )
32 seqex 11330 . . . . . 6  |-  seq  1
(  +  ,  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n )  -  (
( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) ) )  e. 
_V
3332a1i 11 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) )  e.  _V )
3411, 23eqbrtrrd 4237 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( abs `  (
_i  x.  A )
)  <  1 )
35 logtayl 20556 . . . . . 6  |-  ( ( ( _i  x.  A
)  e.  CC  /\  ( abs `  ( _i  x.  A ) )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) )  ~~>  -u ( log `  ( 1  -  ( _i  x.  A
) ) ) )
369, 34, 35syl2anc 644 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) )  ~~>  -u ( log `  ( 1  -  ( _i  x.  A
) ) ) )
37 oveq2 6092 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  =  m  ->  ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  =  ( -u (
_i  x.  A ) ^ m ) )
38 id 21 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  =  m  ->  n  =  m )
3937, 38oveq12d 6102 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  m  ->  (
( -u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n )  =  ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m ) )
40 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  NN  |->  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) )  =  ( n  e.  NN  |->  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) )
41 ovex 6109 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ m
)  /  m )  e.  _V
4239, 40, 41fvmpt 5809 . . . . . . . . 9  |-  ( m  e.  NN  ->  (
( n  e.  NN  |->  ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) `  m )  =  ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
) )
4342adantl 454 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) `  m )  =  ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m ) )
44 nnnn0 10233 . . . . . . . . . 10  |-  ( m  e.  NN  ->  m  e.  NN0 )
45 expcl 11404 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
-u ( _i  x.  A )  e.  CC  /\  m  e.  NN0 )  ->  ( -u ( _i  x.  A ) ^
m )  e.  CC )
4610, 44, 45syl2an 465 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( -u (
_i  x.  A ) ^ m )  e.  CC )
47 nncn 10013 . . . . . . . . . 10  |-  ( m  e.  NN  ->  m  e.  CC )
4847adantl 454 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  m  e.  CC )
49 nnne0 10037 . . . . . . . . . 10  |-  ( m  e.  NN  ->  m  =/=  0 )
5049adantl 454 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  m  =/=  0
)
5146, 48, 50divcld 9795 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m )  e.  CC )
5243, 51eqeltrd 2512 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) `  m )  e.  CC )
531, 3, 52serf 11356 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) ) : NN --> CC )
5453ffvelrnda 5873 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  k  e.  NN )  ->  (  seq  1
(  +  ,  ( n  e.  NN  |->  ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) `  k )  e.  CC )
55 oveq2 6092 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  =  m  ->  (
( _i  x.  A
) ^ n )  =  ( ( _i  x.  A ) ^
m ) )
5655, 38oveq12d 6102 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  m  ->  (
( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n )  =  ( ( ( _i  x.  A ) ^ m )  /  m ) )
57 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) )  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^ n )  /  n ) )
58 ovex 6109 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m )  e. 
_V
5956, 57, 58fvmpt 5809 . . . . . . . . 9  |-  ( m  e.  NN  ->  (
( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) `  m
)  =  ( ( ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m ) )
6059adantl 454 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) `
 m )  =  ( ( ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
) )
61 expcl 11404 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( _i  x.  A
)  e.  CC  /\  m  e.  NN0 )  -> 
( ( _i  x.  A ) ^ m
)  e.  CC )
629, 44, 61syl2an 465 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( _i  x.  A ) ^
m )  e.  CC )
6362, 48, 50divcld 9795 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( _i  x.  A ) ^ m )  /  m )  e.  CC )
6460, 63eqeltrd 2512 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) `
 m )  e.  CC )
651, 3, 64serf 11356 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) : NN --> CC )
6665ffvelrnda 5873 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  k  e.  NN )  ->  (  seq  1
(  +  ,  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) ) `  k
)  e.  CC )
67 simpr 449 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  k  e.  NN )  ->  k  e.  NN )
6867, 1syl6eleq 2528 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  k  e.  NN )  ->  k  e.  (
ZZ>= `  1 ) )
69 simpl 445 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  k  e.  NN )  ->  ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1
) )
70 elfznn 11085 . . . . . . 7  |-  ( m  e.  ( 1 ... k )  ->  m  e.  NN )
7169, 70, 52syl2an 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1
)  /\  k  e.  NN )  /\  m  e.  ( 1 ... k
) )  ->  (
( n  e.  NN  |->  ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) `  m )  e.  CC )
7269, 70, 64syl2an 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1
)  /\  k  e.  NN )  /\  m  e.  ( 1 ... k
) )  ->  (
( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) `  m
)  e.  CC )
7339, 56oveq12d 6102 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  m  ->  (
( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n )  -  (
( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) )  =  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m ) ) )
74 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) )  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) )
75 ovex 6109 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m ) )  e.  _V
7673, 74, 75fvmpt 5809 . . . . . . . . 9  |-  ( m  e.  NN  ->  (
( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) `  m )  =  ( ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ m )  /  m )  -  (
( ( _i  x.  A ) ^ m
)  /  m ) ) )
7776adantl 454 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) ) `  m )  =  ( ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ m
)  /  m )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^ m )  /  m ) ) )
7843, 60oveq12d 6102 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( n  e.  NN  |->  ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) `  m
)  -  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) `  m ) )  =  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m ) ) )
7977, 78eqtr4d 2473 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) ) `  m )  =  ( ( ( n  e.  NN  |->  ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) `  m
)  -  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) `  m ) ) )
8069, 70, 79syl2an 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1
)  /\  k  e.  NN )  /\  m  e.  ( 1 ... k
) )  ->  (
( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) `  m )  =  ( ( ( n  e.  NN  |->  ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) `
 m )  -  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) `  m ) ) )
8168, 71, 72, 80sersub 11371 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  k  e.  NN )  ->  (  seq  1
(  +  ,  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n )  -  (
( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) ) ) `  k )  =  ( (  seq  1 (  +  ,  ( n  e.  NN  |->  ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) ) `  k
)  -  (  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) `  k ) ) )
821, 3, 31, 33, 36, 54, 66, 81climsub 12432 . . . 4  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) )  ~~>  ( -u ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) )  -  -u ( log `  ( 1  -  ( _i  x.  A
) ) ) ) )
83 addcl 9077 . . . . . . 7  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  ( _i  x.  A
)  e.  CC )  ->  ( 1  +  ( _i  x.  A
) )  e.  CC )
8426, 9, 83sylancr 646 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( 1  +  ( _i  x.  A ) )  e.  CC )
85 bndatandm 20774 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  A  e.  dom arctan )
86 atandm2 20722 . . . . . . . 8  |-  ( A  e.  dom arctan  <->  ( A  e.  CC  /\  ( 1  -  ( _i  x.  A ) )  =/=  0  /\  ( 1  +  ( _i  x.  A ) )  =/=  0 ) )
8785, 86sylib 190 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( A  e.  CC  /\  ( 1  -  (
_i  x.  A )
)  =/=  0  /\  ( 1  +  ( _i  x.  A ) )  =/=  0 ) )
8887simp3d 972 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( 1  +  ( _i  x.  A ) )  =/=  0 )
8984, 88logcld 20473 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( log `  (
1  +  ( _i  x.  A ) ) )  e.  CC )
90 subcl 9310 . . . . . . 7  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  ( _i  x.  A
)  e.  CC )  ->  ( 1  -  ( _i  x.  A
) )  e.  CC )
9126, 9, 90sylancr 646 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( 1  -  (
_i  x.  A )
)  e.  CC )
9287simp2d 971 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( 1  -  (
_i  x.  A )
)  =/=  0 )
9391, 92logcld 20473 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( log `  (
1  -  ( _i  x.  A ) ) )  e.  CC )
9489, 93neg2subd 9433 . . . 4  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
( -u ( log `  (
1  +  ( _i  x.  A ) ) )  -  -u ( log `  ( 1  -  ( _i  x.  A
) ) ) )  =  ( ( log `  ( 1  -  (
_i  x.  A )
) )  -  ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A
) ) ) ) )
9582, 94breqtrd 4239 . . 3  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  , 
( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
) ) ) )  ~~>  ( ( log `  (
1  -  ( _i  x.  A ) ) )  -  ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) ) ) )
9651, 63subcld 9416 . . . 4  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ m
)  /  m )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^ m )  /  m ) )  e.  CC )
9777, 96eqeltrd 2512 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u ( _i  x.  A ) ^
n )  /  n
)  -  ( ( ( _i  x.  A
) ^ n )  /  n ) ) ) `  m )  e.  CC )
984a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  _i  e.  CC )
994negcli 9373 . . . . . . . . 9  |-  -u _i  e.  CC
10044adantl 454 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  m  e.  NN0 )
101 expcl 11404 . . . . . . . . 9  |-  ( (
-u _i  e.  CC  /\  m  e.  NN0 )  ->  ( -u _i ^
m )  e.  CC )
10299, 100, 101sylancr 646 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( -u _i ^ m )  e.  CC )
103 expcl 11404 . . . . . . . . 9  |-  ( ( _i  e.  CC  /\  m  e.  NN0 )  -> 
( _i ^ m
)  e.  CC )
1044, 100, 103sylancr 646 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( _i ^
m )  e.  CC )
105102, 104subcld 9416 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) )  e.  CC )
106 2cn 10075 . . . . . . . 8  |-  2  e.  CC
107106a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  2  e.  CC )
108 2ne0 10088 . . . . . . . 8  |-  2  =/=  0
109108a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  2  =/=  0
)
11098, 105, 107, 109div23d 9832 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( _i  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) )  /  2
)  =  ( ( _i  /  2 )  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) ) )
111110oveq1d 6099 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( _i  x.  ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) ) )  /  2 )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) )  =  ( ( ( _i 
/  2 )  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) )  x.  (
( A ^ m
)  /  m ) ) )
1126adantr 453 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( _i  / 
2 )  e.  CC )
113 expcl 11404 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  CC  /\  m  e.  NN0 )  -> 
( A ^ m
)  e.  CC )
1147, 44, 113syl2an 465 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( A ^
m )  e.  CC )
115114, 48, 50divcld 9795 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( A ^ m )  /  m )  e.  CC )
116112, 105, 115mulassd 9116 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( _i  /  2 )  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) )  x.  (
( A ^ m
)  /  m ) )  =  ( ( _i  /  2 )  x.  ( ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) ) ) )
117102, 104, 114subdird 9495 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) )  x.  ( A ^
m ) )  =  ( ( ( -u _i ^ m )  x.  ( A ^ m
) )  -  (
( _i ^ m
)  x.  ( A ^ m ) ) ) )
1187adantr 453 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  A  e.  CC )
119 mulneg1 9475 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( _i  e.  CC  /\  A  e.  CC )  ->  ( -u _i  x.  A )  =  -u ( _i  x.  A
) )
1204, 118, 119sylancr 646 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( -u _i  x.  A )  =  -u ( _i  x.  A
) )
121120oveq1d 6099 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( -u _i  x.  A ) ^
m )  =  (
-u ( _i  x.  A ) ^ m
) )
12299a1i 11 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  -u _i  e.  CC )
123122, 118, 100mulexpd 11543 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( -u _i  x.  A ) ^
m )  =  ( ( -u _i ^
m )  x.  ( A ^ m ) ) )
124121, 123eqtr3d 2472 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( -u (
_i  x.  A ) ^ m )  =  ( ( -u _i ^ m )  x.  ( A ^ m
) ) )
12598, 118, 100mulexpd 11543 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( _i  x.  A ) ^
m )  =  ( ( _i ^ m
)  x.  ( A ^ m ) ) )
126124, 125oveq12d 6102 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  -  ( ( _i  x.  A ) ^
m ) )  =  ( ( ( -u _i ^ m )  x.  ( A ^ m
) )  -  (
( _i ^ m
)  x.  ( A ^ m ) ) ) )
127117, 126eqtr4d 2473 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) )  x.  ( A ^
m ) )  =  ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ m )  -  ( ( _i  x.  A ) ^ m
) ) )
128127oveq1d 6099 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( ( -u _i ^
m )  -  (
_i ^ m ) )  x.  ( A ^ m ) )  /  m )  =  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  -  ( ( _i  x.  A ) ^
m ) )  /  m ) )
129105, 114, 48, 50divassd 9830 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( ( -u _i ^
m )  -  (
_i ^ m ) )  x.  ( A ^ m ) )  /  m )  =  ( ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) ) )
13046, 62, 48, 50divsubdird 9834 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ m
)  -  ( ( _i  x.  A ) ^ m ) )  /  m )  =  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
) ) )
131128, 129, 1303eqtr3d 2478 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) )  =  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
) ) )
132131oveq2d 6100 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( _i 
/  2 )  x.  ( ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) ) )  =  ( ( _i  /  2 )  x.  ( ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ m
)  /  m )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^ m )  /  m ) ) ) )
133111, 116, 1323eqtrd 2474 . . . 4  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( ( _i  x.  ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) ) )  /  2 )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) )  =  ( ( _i  / 
2 )  x.  (
( ( -u (
_i  x.  A ) ^ m )  /  m )  -  (
( ( _i  x.  A ) ^ m
)  /  m ) ) ) )
134 oveq2 6092 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  m  ->  ( -u _i ^ n )  =  ( -u _i ^ m ) )
135 oveq2 6092 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  m  ->  (
_i ^ n )  =  ( _i ^
m ) )
136134, 135oveq12d 6102 . . . . . . . . 9  |-  ( n  =  m  ->  (
( -u _i ^ n
)  -  ( _i
^ n ) )  =  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) )
137136oveq2d 6100 . . . . . . . 8  |-  ( n  =  m  ->  (
_i  x.  ( ( -u _i ^ n )  -  ( _i ^
n ) ) )  =  ( _i  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) ) )
138137oveq1d 6099 . . . . . . 7  |-  ( n  =  m  ->  (
( _i  x.  (
( -u _i ^ n
)  -  ( _i
^ n ) ) )  /  2 )  =  ( ( _i  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) )  /  2
) )
139 oveq2 6092 . . . . . . . 8  |-  ( n  =  m  ->  ( A ^ n )  =  ( A ^ m
) )
140139, 38oveq12d 6102 . . . . . . 7  |-  ( n  =  m  ->  (
( A ^ n
)  /  n )  =  ( ( A ^ m )  /  m ) )
141138, 140oveq12d 6102 . . . . . 6  |-  ( n  =  m  ->  (
( ( _i  x.  ( ( -u _i ^ n )  -  ( _i ^ n ) ) )  /  2
)  x.  ( ( A ^ n )  /  n ) )  =  ( ( ( _i  x.  ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) ) )  /  2 )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) ) )
142 atantayl.1 . . . . . 6  |-  F  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( ( _i  x.  ( ( -u _i ^ n )  -  ( _i ^ n ) ) )  /  2
)  x.  ( ( A ^ n )  /  n ) ) )
143 ovex 6109 . . . . . 6  |-  ( ( ( _i  x.  (
( -u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) ) )  /  2 )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) )  e. 
_V
144141, 142, 143fvmpt 5809 . . . . 5  |-  ( m  e.  NN  ->  ( F `  m )  =  ( ( ( _i  x.  ( (
-u _i ^ m
)  -  ( _i
^ m ) ) )  /  2 )  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) ) )
145144adantl 454 . . . 4  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( F `  m )  =  ( ( ( _i  x.  ( ( -u _i ^ m )  -  ( _i ^ m ) ) )  /  2
)  x.  ( ( A ^ m )  /  m ) ) )
14677oveq2d 6100 . . . 4  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( ( _i 
/  2 )  x.  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( (
-u ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^ n )  /  n ) ) ) `
 m ) )  =  ( ( _i 
/  2 )  x.  ( ( ( -u ( _i  x.  A
) ^ m )  /  m )  -  ( ( ( _i  x.  A ) ^
m )  /  m
) ) ) )
147133, 145, 1463eqtr4d 2480 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A
)  <  1 )  /\  m  e.  NN )  ->  ( F `  m )  =  ( ( _i  /  2
)  x.  ( ( n  e.  NN  |->  ( ( ( -u (
_i  x.  A ) ^ n )  /  n )  -  (
( ( _i  x.  A ) ^ n
)  /  n ) ) ) `  m
) ) )
1481, 3, 6, 95, 97, 147isermulc2 12456 . 2  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  ,  F )  ~~>  ( ( _i  /  2 )  x.  ( ( log `  ( 1  -  (
_i  x.  A )
) )  -  ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A
) ) ) ) ) )
149 atanval 20729 . . 3  |-  ( A  e.  dom arctan  ->  (arctan `  A )  =  ( ( _i  /  2
)  x.  ( ( log `  ( 1  -  ( _i  x.  A ) ) )  -  ( log `  (
1  +  ( _i  x.  A ) ) ) ) ) )
15085, 149syl 16 . 2  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  -> 
(arctan `  A )  =  ( ( _i 
/  2 )  x.  ( ( log `  (
1  -  ( _i  x.  A ) ) )  -  ( log `  ( 1  +  ( _i  x.  A ) ) ) ) ) )
151148, 150breqtrrd 4241 1  |-  ( ( A  e.  CC  /\  ( abs `  A )  <  1 )  ->  seq  1 (  +  ,  F )  ~~>  (arctan `  A ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 360    /\ w3a 937    = wceq 1653    e. wcel 1726    =/= wne 2601   _Vcvv 2958   class class class wbr 4215    e. cmpt 4269   dom cdm 4881   ` cfv 5457  (class class class)co 6084   CCcc 8993   RRcr 8994   0cc0 8995   1c1 8996   _ici 8997    + caddc 8998    x. cmul 9000    < clt 9125    - cmin 9296   -ucneg 9297    / cdiv 9682   NNcn 10005   2c2 10054   NN0cn0 10226   ZZcz 10287   ZZ>=cuz 10493   ...cfz 11048    seq cseq 11328   ^cexp 11387   abscabs 12044    ~~> cli 12283   logclog 20457  arctancatan 20709
This theorem is referenced by:  atantayl2  20783
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1556  ax-5 1567  ax-17 1627  ax-9 1667  ax-8 1688  ax-13 1728  ax-14 1730  ax-6 1745  ax-7 1750  ax-11 1762  ax-12 1951  ax-ext 2419  ax-rep 4323  ax-sep 4333  ax-nul 4341  ax-pow 4380  ax-pr 4406  ax-un 4704  ax-inf2 7599  ax-cnex 9051  ax-resscn 9052  ax-1cn 9053  ax-icn 9054  ax-addcl 9055  ax-addrcl 9056  ax-mulcl 9057  ax-mulrcl 9058  ax-mulcom 9059  ax-addass 9060  ax-mulass 9061  ax-distr 9062  ax-i2m1 9063  ax-1ne0 9064  ax-1rid 9065  ax-rnegex 9066  ax-rrecex 9067  ax-cnre 9068  ax-pre-lttri 9069  ax-pre-lttrn 9070  ax-pre-ltadd 9071  ax-pre-mulgt0 9072  ax-pre-sup 9073  ax-addf 9074  ax-mulf 9075
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 938  df-3an 939  df-tru 1329  df-ex 1552  df-nf 1555  df-sb 1660  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2425  df-cleq 2431  df-clel 2434  df-nfc 2563  df-ne 2603  df-nel 2604  df-ral 2712  df-rex 2713  df-reu 2714  df-rmo 2715  df-rab 2716  df-v 2960  df-sbc 3164  df-csb 3254  df-dif 3325  df-un 3327  df-in 3329  df-ss 3336  df-pss 3338  df-nul 3631  df-if 3742  df-pw 3803  df-sn 3822  df-pr 3823  df-tp 3824  df-op 3825  df-uni 4018  df-int 4053  df-iun 4097  df-iin 4098  df-br 4216  df-opab 4270  df-mpt 4271  df-tr 4306  df-eprel 4497  df-id 4501  df-po 4506  df-so 4507  df-fr 4544  df-se 4545  df-we 4546  df-ord 4587  df-on 4588  df-lim 4589  df-suc 4590  df-om 4849  df-xp 4887  df-rel 4888  df-cnv 4889  df-co 4890  df-dm 4891  df-rn 4892  df-res 4893  df-ima 4894  df-iota 5421  df-fun 5459  df-fn 5460  df-f 5461  df-f1 5462  df-fo 5463  df-f1o 5464  df-fv 5465  df-isom 5466  df-ov 6087  df-oprab 6088  df-mpt2 6089  df-of 6308  df-1st 6352  df-2nd 6353  df-riota 6552  df-recs 6636  df-rdg 6671  df-1o 6727  df-2o 6728  df-oadd 6731  df-er 6908  df-map 7023  df-pm 7024  df-ixp 7067  df-en 7113  df-dom 7114  df-sdom 7115  df-fin 7116  df-fi 7419  df-sup 7449  df-oi 7482  df-card 7831  df-cda 8053  df-pnf 9127  df-mnf 9128  df-xr 9129  df-ltxr 9130  df-le 9131  df-sub 9298  df-neg 9299  df-div 9683  df-nn 10006  df-2 10063  df-3 10064  df-4 10065  df-5 10066  df-6 10067  df-7 10068  df-8 10069  df-9 10070  df-10 10071  df-n0 10227  df-z 10288  df-dec 10388  df-uz 10494  df-q 10580  df-rp 10618  df-xneg 10715  df-xadd 10716  df-xmul 10717  df-ioo 10925  df-ioc 10926  df-ico 10927  df-icc 10928  df-fz 11049  df-fzo 11141  df-fl 11207  df-mod 11256  df-seq 11329  df-exp 11388  df-fac 11572  df-bc 11599  df-hash 11624  df-shft 11887  df-cj 11909  df-re 11910  df-im 11911  df-sqr 12045  df-abs 12046  df-limsup 12270  df-clim 12287  df-rlim 12288  df-sum 12485  df-ef 12675  df-sin 12677  df-cos 12678  df-tan 12679  df-pi 12680  df-struct 13476  df-ndx 13477  df-slot 13478  df-base 13479  df-sets 13480  df-ress 13481  df-plusg 13547  df-mulr 13548  df-starv 13549  df-sca 13550  df-vsca 13551  df-tset 13553  df-ple 13554  df-ds 13556  df-unif 13557  df-hom 13558  df-cco 13559  df-rest 13655  df-topn 13656  df-topgen 13672  df-pt 13673  df-prds 13676  df-xrs 13731  df-0g 13732  df-gsum 13733  df-qtop 13738  df-imas 13739  df-xps 13741  df-mre 13816  df-mrc 13817  df-acs 13819  df-mnd 14695  df-submnd 14744  df-mulg 14820  df-cntz 15121  df-cmn 15419  df-psmet 16699  df-xmet 16700  df-met 16701  df-bl 16702  df-mopn 16703  df-fbas 16704  df-fg 16705  df-cnfld 16709  df-top 16968  df-bases 16970  df-topon 16971  df-topsp 16972  df-cld 17088  df-ntr 17089  df-cls 17090  df-nei 17167  df-lp 17205  df-perf 17206  df-cn 17296  df-cnp 17297  df-haus 17384  df-cmp 17455  df-tx 17599  df-hmeo 17792  df-fil 17883  df-fm 17975  df-flim 17976  df-flf 17977  df-xms 18355  df-ms 18356  df-tms 18357  df-cncf 18913  df-limc 19758  df-dv 19759  df-ulm 20298  df-log 20459  df-atan 20712
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