Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  itgsinexp Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem itgsinexp 39477
Description: A recursive formula for the integral of sin^N on the interval (0,π) . (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
itgsinexp.1 𝐼 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥)
itgsinexp.2 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘2))
Assertion
Ref Expression
itgsinexp (𝜑 → (𝐼𝑁) = (((𝑁 − 1) / 𝑁) · (𝐼‘(𝑁 − 2))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝑁   𝜑,𝑛,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐼(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem itgsinexp
StepHypRef Expression
1 itgsinexp.2 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘2))
2 eluzelz 11641 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℤ)
3 zcn 11326 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
41, 2, 33syl 18 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
5 1cnd 10000 . . . . . . 7 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
64, 5npcand 10340 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
76eqcomd 2627 . . . . 5 (𝜑𝑁 = ((𝑁 − 1) + 1))
87oveq1d 6619 . . . 4 (𝜑 → (𝑁 · (𝐼𝑁)) = (((𝑁 − 1) + 1) · (𝐼𝑁)))
9 uz2m1nn 11707 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
101, 9syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
1110nncnd 10980 . . . . 5 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
12 itgsinexp.1 . . . . . . . 8 𝐼 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥)
1312a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑𝐼 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥))
14 oveq2 6612 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑁 → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
1514ad2antlr 762 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑛 = 𝑁) ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
1615itgeq2dv 23454 . . . . . . 7 ((𝜑𝑛 = 𝑁) → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥 = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)
17 2cnd 11037 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
18 npcan 10234 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → ((𝑁 − 2) + 2) = 𝑁)
1918eqcomd 2627 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
204, 17, 19syl2anc 692 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
21 uznn0sub 11663 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ0)
221, 21syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑁 − 2) ∈ ℕ0)
23 2nn0 11253 . . . . . . . . . 10 2 ∈ ℕ0
2423a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 2 ∈ ℕ0)
2522, 24nn0addcld 11299 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑁 − 2) + 2) ∈ ℕ0)
2620, 25eqeltrd 2698 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
27 itgex 23443 . . . . . . . 8 ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥 ∈ V
2827a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥 ∈ V)
2913, 16, 26, 28fvmptd 6245 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐼𝑁) = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)
30 ioosscn 39127 . . . . . . . . . . 11 (0(,)π) ⊆ ℂ
3130sseli 3579 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ (0(,)π) → 𝑥 ∈ ℂ)
3231sincld 14785 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (0(,)π) → (sin‘𝑥) ∈ ℂ)
3332adantl 482 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → (sin‘𝑥) ∈ ℂ)
3426adantr 481 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
3533, 34expcld 12948 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑁) ∈ ℂ)
36 ioossicc 12201 . . . . . . . . 9 (0(,)π) ⊆ (0[,]π)
3736a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → (0(,)π) ⊆ (0[,]π))
38 ioombl 23240 . . . . . . . . 9 (0(,)π) ∈ dom vol
3938a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → (0(,)π) ∈ dom vol)
40 0re 9984 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ∈ ℝ
41 pire 24114 . . . . . . . . . . . . . 14 π ∈ ℝ
42 iccssre 12197 . . . . . . . . . . . . . 14 ((0 ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ) → (0[,]π) ⊆ ℝ)
4340, 41, 42mp2an 707 . . . . . . . . . . . . 13 (0[,]π) ⊆ ℝ
44 ax-resscn 9937 . . . . . . . . . . . . 13 ℝ ⊆ ℂ
4543, 44sstri 3592 . . . . . . . . . . . 12 (0[,]π) ⊆ ℂ
4645sseli 3579 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ (0[,]π) → 𝑥 ∈ ℂ)
4746sincld 14785 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ (0[,]π) → (sin‘𝑥) ∈ ℂ)
4847adantl 482 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → (sin‘𝑥) ∈ ℂ)
4926adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
5048, 49expcld 12948 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑁) ∈ ℂ)
5140a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
5241a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → π ∈ ℝ)
5346adantl 482 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → 𝑥 ∈ ℂ)
54 eqid 2621 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))
5554fvmpt2 6248 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ ((sin‘𝑥)↑𝑁) ∈ ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))‘𝑥) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
5653, 50, 55syl2anc 692 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))‘𝑥) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
5756eqcomd 2627 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑁) = ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))‘𝑥))
5857mpteq2dva 4704 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) = (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))‘𝑥)))
59 nfmpt1 4707 . . . . . . . . . . 11 𝑥(𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))
60 nfcv 2761 . . . . . . . . . . . 12 𝑥sin
61 sincn 24102 . . . . . . . . . . . . 13 sin ∈ (ℂ–cn→ℂ)
6261a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → sin ∈ (ℂ–cn→ℂ))
6360, 62, 26expcnfg 39227 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
6445a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (0[,]π) ⊆ ℂ)
6559, 63, 64cncfmptss 39223 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁))‘𝑥)) ∈ ((0[,]π)–cn→ℂ))
6658, 65eqeltrd 2698 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ ((0[,]π)–cn→ℂ))
67 cniccibl 23513 . . . . . . . . 9 ((0 ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ ((0[,]π)–cn→ℂ)) → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ 𝐿1)
6851, 52, 66, 67syl3anc 1323 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ 𝐿1)
6937, 39, 50, 68iblss 23477 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0(,)π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ 𝐿1)
7035, 69itgcl 23456 . . . . . 6 (𝜑 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥 ∈ ℂ)
7129, 70eqeltrd 2698 . . . . 5 (𝜑 → (𝐼𝑁) ∈ ℂ)
7211, 71adddirp1d 10010 . . . 4 (𝜑 → (((𝑁 − 1) + 1) · (𝐼𝑁)) = (((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁)) + (𝐼𝑁)))
73 eluz2b2 11705 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) ↔ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑁))
741, 73sylib 208 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑁 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑁))
7574simpld 475 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
76 expm1t 12828 . . . . . . . . . 10 (((sin‘𝑥) ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((sin‘𝑥)↑𝑁) = (((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥)))
7732, 75, 76syl2anr 495 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑁) = (((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥)))
7877itgeq2dv 23454 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥 = ∫(0(,)π)(((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥)) d𝑥)
79 eqid 2621 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1))) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)))
80 eqid 2621 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℂ ↦ -(cos‘𝑥)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ -(cos‘𝑥))
81 eqid 2621 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (((𝑁 − 1) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) · (cos‘𝑥))) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (((𝑁 − 1) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) · (cos‘𝑥)))
82 eqid 2621 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥))) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥)))
83 eqid 2621 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((((𝑁 − 1) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) · (cos‘𝑥)) · -(cos‘𝑥))) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((((𝑁 − 1) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) · (cos‘𝑥)) · -(cos‘𝑥)))
84 eqid 2621 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1)))) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))))
8579, 80, 81, 82, 83, 84, 10itgsinexplem1 39476 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ∫(0(,)π)(((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥)) d𝑥 = ((𝑁 − 1) · ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) d𝑥))
864, 5, 5subsub4d 10367 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑁 − 1) − 1) = (𝑁 − (1 + 1)))
87 1p1e2 11078 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (1 + 1) = 2
8887a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (1 + 1) = 2)
8988oveq2d 6620 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑁 − (1 + 1)) = (𝑁 − 2))
9086, 89eqtrd 2655 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝑁 − 1) − 1) = (𝑁 − 2))
9190adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((𝑁 − 1) − 1) = (𝑁 − 2))
9291oveq2d 6620 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1)) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
9392oveq2d 6620 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → (((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) = (((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))))
9493itgeq2dv 23454 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) d𝑥 = ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥)
9594oveq2d 6620 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑((𝑁 − 1) − 1))) d𝑥) = ((𝑁 − 1) · ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥))
96 sincossq 14831 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 ∈ ℂ → (((sin‘𝑥)↑2) + ((cos‘𝑥)↑2)) = 1)
97 1cnd 10000 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑥 ∈ ℂ → 1 ∈ ℂ)
98 sincl 14781 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥 ∈ ℂ → (sin‘𝑥) ∈ ℂ)
9998sqcld 12946 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑥 ∈ ℂ → ((sin‘𝑥)↑2) ∈ ℂ)
100 coscl 14782 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥 ∈ ℂ → (cos‘𝑥) ∈ ℂ)
101100sqcld 12946 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑥 ∈ ℂ → ((cos‘𝑥)↑2) ∈ ℂ)
10297, 99, 101subaddd 10354 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 ∈ ℂ → ((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) = ((cos‘𝑥)↑2) ↔ (((sin‘𝑥)↑2) + ((cos‘𝑥)↑2)) = 1))
10396, 102mpbird 247 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 ∈ ℂ → (1 − ((sin‘𝑥)↑2)) = ((cos‘𝑥)↑2))
104103eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℂ → ((cos‘𝑥)↑2) = (1 − ((sin‘𝑥)↑2)))
10531, 104syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ (0(,)π) → ((cos‘𝑥)↑2) = (1 − ((sin‘𝑥)↑2)))
106105oveq1d 6619 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ (0(,)π) → (((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = ((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))))
107106adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → (((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = ((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))))
108107itgeq2dv 23454 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥 = ∫(0(,)π)((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥)
109 1cnd 10000 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → 1 ∈ ℂ)
11032sqcld 12946 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ (0(,)π) → ((sin‘𝑥)↑2) ∈ ℂ)
111110adantl 482 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑2) ∈ ℂ)
11290eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (𝑁 − 2) = ((𝑁 − 1) − 1))
113 nnm1nn0 11278 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → ((𝑁 − 1) − 1) ∈ ℕ0)
11410, 113syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → ((𝑁 − 1) − 1) ∈ ℕ0)
115112, 114eqeltrd 2698 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (𝑁 − 2) ∈ ℕ0)
116115adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ0)
11733, 116expcld 12948 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) ∈ ℂ)
118109, 111, 117subdird 10431 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = ((1 · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) − (((sin‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))))
119117mulid2d 10002 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → (1 · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
12023a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → 2 ∈ ℕ0)
12133, 116, 120expaddd 12950 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑(2 + (𝑁 − 2))) = (((sin‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))))
12217, 4pncan3d 10339 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (2 + (𝑁 − 2)) = 𝑁)
123122oveq2d 6620 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → ((sin‘𝑥)↑(2 + (𝑁 − 2))) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
124123adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑(2 + (𝑁 − 2))) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
125121, 124eqtr3d 2657 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → (((sin‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
126119, 125oveq12d 6622 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((1 · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) − (((sin‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))) = (((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) − ((sin‘𝑥)↑𝑁)))
127118, 126eqtrd 2655 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = (((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) − ((sin‘𝑥)↑𝑁)))
128127itgeq2dv 23454 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ∫(0(,)π)((1 − ((sin‘𝑥)↑2)) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥 = ∫(0(,)π)(((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) − ((sin‘𝑥)↑𝑁)) d𝑥)
129115adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ0)
13048, 129expcld 12948 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) ∈ ℂ)
131 eqid 2621 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
132131fvmpt2 6248 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) ∈ ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))‘𝑥) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
13353, 130, 132syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))‘𝑥) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
134133eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑥 ∈ (0[,]π)) → ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) = ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))‘𝑥))
135134mpteq2dva 4704 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) = (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))‘𝑥)))
136 nfmpt1 4707 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑥(𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
13760, 62, 115expcnfg 39227 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
138136, 137, 64cncfmptss 39223 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((𝑥 ∈ ℂ ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))‘𝑥)) ∈ ((0[,]π)–cn→ℂ))
139135, 138eqeltrd 2698 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) ∈ ((0[,]π)–cn→ℂ))
140 cniccibl 23513 . . . . . . . . . . . . . 14 ((0 ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) ∈ ((0[,]π)–cn→ℂ)) → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) ∈ 𝐿1)
14151, 52, 139, 140syl3anc 1323 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) ∈ 𝐿1)
14237, 39, 130, 141iblss 23477 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0(,)π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) ∈ 𝐿1)
143117, 142, 35, 69itgsub 23498 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ∫(0(,)π)(((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) − ((sin‘𝑥)↑𝑁)) d𝑥 = (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥))
144108, 128, 1433eqtrd 2659 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥 = (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥))
145144oveq2d 6620 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · ∫(0(,)π)(((cos‘𝑥)↑2) · ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2))) d𝑥) = ((𝑁 − 1) · (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)))
14685, 95, 1453eqtrd 2659 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∫(0(,)π)(((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 1)) · (sin‘𝑥)) d𝑥 = ((𝑁 − 1) · (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)))
14729, 78, 1463eqtrd 2659 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐼𝑁) = ((𝑁 − 1) · (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)))
148 oveq2 6612 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = (𝑁 − 2) → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
149148adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑛 = (𝑁 − 2) ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)))
150149itgeq2dv 23454 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = (𝑁 − 2) → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥 = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥)
151150adantl 482 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑛 = (𝑁 − 2)) → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥 = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥)
152 itgex 23443 . . . . . . . . . . 11 ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 ∈ V
153152a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 ∈ V)
15413, 151, 115, 153fvmptd 6245 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼‘(𝑁 − 2)) = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥)
155154, 29oveq12d 6622 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐼‘(𝑁 − 2)) − (𝐼𝑁)) = (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥))
156155oveq2d 6620 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · ((𝐼‘(𝑁 − 2)) − (𝐼𝑁))) = ((𝑁 − 1) · (∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 − ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)))
157117, 142itgcl 23456 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 − 2)) d𝑥 ∈ ℂ)
158154, 157eqeltrd 2698 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐼‘(𝑁 − 2)) ∈ ℂ)
15911, 158, 71subdid 10430 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · ((𝐼‘(𝑁 − 2)) − (𝐼𝑁))) = (((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) − ((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁))))
160147, 156, 1593eqtr2d 2661 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐼𝑁) = (((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) − ((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁))))
161160eqcomd 2627 . . . . 5 (𝜑 → (((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) − ((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁))) = (𝐼𝑁))
16211, 158mulcld 10004 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) ∈ ℂ)
16311, 71mulcld 10004 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁)) ∈ ℂ)
164162, 163, 71subaddd 10354 . . . . 5 (𝜑 → ((((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) − ((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁))) = (𝐼𝑁) ↔ (((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁)) + (𝐼𝑁)) = ((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2)))))
165161, 164mpbid 222 . . . 4 (𝜑 → (((𝑁 − 1) · (𝐼𝑁)) + (𝐼𝑁)) = ((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))))
1668, 72, 1653eqtrd 2659 . . 3 (𝜑 → (𝑁 · (𝐼𝑁)) = ((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))))
167166oveq1d 6619 . 2 (𝜑 → ((𝑁 · (𝐼𝑁)) / 𝑁) = (((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) / 𝑁))
16875nnne0d 11009 . . 3 (𝜑𝑁 ≠ 0)
16971, 4, 168divcan3d 10750 . 2 (𝜑 → ((𝑁 · (𝐼𝑁)) / 𝑁) = (𝐼𝑁))
17011, 158, 4, 168div23d 10782 . 2 (𝜑 → (((𝑁 − 1) · (𝐼‘(𝑁 − 2))) / 𝑁) = (((𝑁 − 1) / 𝑁) · (𝐼‘(𝑁 − 2))))
171167, 169, 1703eqtr3d 2663 1 (𝜑 → (𝐼𝑁) = (((𝑁 − 1) / 𝑁) · (𝐼‘(𝑁 − 2))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 384   = wceq 1480  wcel 1987  Vcvv 3186  wss 3555   class class class wbr 4613  cmpt 4673  dom cdm 5074  cfv 5847  (class class class)co 6604  cc 9878  cr 9879  0cc0 9880  1c1 9881   + caddc 9883   · cmul 9885   < clt 10018  cmin 10210  -cneg 10211   / cdiv 10628  cn 10964  2c2 11014  0cn0 11236  cz 11321  cuz 11631  (,)cioo 12117  [,]cicc 12120  cexp 12800  sincsin 14719  cosccos 14720  πcpi 14722  cnccncf 22587  volcvol 23139  𝐿1cibl 23292  citg 23293
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4731  ax-sep 4741  ax-nul 4749  ax-pow 4803  ax-pr 4867  ax-un 6902  ax-inf2 8482  ax-cc 9201  ax-cnex 9936  ax-resscn 9937  ax-1cn 9938  ax-icn 9939  ax-addcl 9940  ax-addrcl 9941  ax-mulcl 9942  ax-mulrcl 9943  ax-mulcom 9944  ax-addass 9945  ax-mulass 9946  ax-distr 9947  ax-i2m1 9948  ax-1ne0 9949  ax-1rid 9950  ax-rnegex 9951  ax-rrecex 9952  ax-cnre 9953  ax-pre-lttri 9954  ax-pre-lttrn 9955  ax-pre-ltadd 9956  ax-pre-mulgt0 9957  ax-pre-sup 9958  ax-addf 9959  ax-mulf 9960
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-fal 1486  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3188  df-sbc 3418  df-csb 3515  df-dif 3558  df-un 3560  df-in 3562  df-ss 3569  df-pss 3571  df-nul 3892  df-if 4059  df-pw 4132  df-sn 4149  df-pr 4151  df-tp 4153  df-op 4155  df-uni 4403  df-int 4441  df-iun 4487  df-iin 4488  df-disj 4584  df-br 4614  df-opab 4674  df-mpt 4675  df-tr 4713  df-eprel 4985  df-id 4989  df-po 4995  df-so 4996  df-fr 5033  df-se 5034  df-we 5035  df-xp 5080  df-rel 5081  df-cnv 5082  df-co 5083  df-dm 5084  df-rn 5085  df-res 5086  df-ima 5087  df-pred 5639  df-ord 5685  df-on 5686  df-lim 5687  df-suc 5688  df-iota 5810  df-fun 5849  df-fn 5850  df-f 5851  df-f1 5852  df-fo 5853  df-f1o 5854  df-fv 5855  df-isom 5856  df-riota 6565  df-ov 6607  df-oprab 6608  df-mpt2 6609  df-of 6850  df-ofr 6851  df-om 7013  df-1st 7113  df-2nd 7114  df-supp 7241  df-wrecs 7352  df-recs 7413  df-rdg 7451  df-1o 7505  df-2o 7506  df-oadd 7509  df-omul 7510  df-er 7687  df-map 7804  df-pm 7805  df-ixp 7853  df-en 7900  df-dom 7901  df-sdom 7902  df-fin 7903  df-fsupp 8220  df-fi 8261  df-sup 8292  df-inf 8293  df-oi 8359  df-card 8709  df-acn 8712  df-cda 8934  df-pnf 10020  df-mnf 10021  df-xr 10022  df-ltxr 10023  df-le 10024  df-sub 10212  df-neg 10213  df-div 10629  df-nn 10965  df-2 11023  df-3 11024  df-4 11025  df-5 11026  df-6 11027  df-7 11028  df-8 11029  df-9 11030  df-n0 11237  df-z 11322  df-dec 11438  df-uz 11632  df-q 11733  df-rp 11777  df-xneg 11890  df-xadd 11891  df-xmul 11892  df-ioo 12121  df-ioc 12122  df-ico 12123  df-icc 12124  df-fz 12269  df-fzo 12407  df-fl 12533  df-mod 12609  df-seq 12742  df-exp 12801  df-fac 13001  df-bc 13030  df-hash 13058  df-shft 13741  df-cj 13773  df-re 13774  df-im 13775  df-sqrt 13909  df-abs 13910  df-limsup 14136  df-clim 14153  df-rlim 14154  df-sum 14351  df-ef 14723  df-sin 14725  df-cos 14726  df-pi 14728  df-struct 15783  df-ndx 15784  df-slot 15785  df-base 15786  df-sets 15787  df-ress 15788  df-plusg 15875  df-mulr 15876  df-starv 15877  df-sca 15878  df-vsca 15879  df-ip 15880  df-tset 15881  df-ple 15882  df-ds 15885  df-unif 15886  df-hom 15887  df-cco 15888  df-rest 16004  df-topn 16005  df-0g 16023  df-gsum 16024  df-topgen 16025  df-pt 16026  df-prds 16029  df-xrs 16083  df-qtop 16088  df-imas 16089  df-xps 16091  df-mre 16167  df-mrc 16168  df-acs 16170  df-mgm 17163  df-sgrp 17205  df-mnd 17216  df-submnd 17257  df-mulg 17462  df-cntz 17671  df-cmn 18116  df-psmet 19657  df-xmet 19658  df-met 19659  df-bl 19660  df-mopn 19661  df-fbas 19662  df-fg 19663  df-cnfld 19666  df-top 20621  df-bases 20622  df-topon 20623  df-topsp 20624  df-cld 20733  df-ntr 20734  df-cls 20735  df-nei 20812  df-lp 20850  df-perf 20851  df-cn 20941  df-cnp 20942  df-haus 21029  df-cmp 21100  df-tx 21275  df-hmeo 21468  df-fil 21560  df-fm 21652  df-flim 21653  df-flf 21654  df-xms 22035  df-ms 22036  df-tms 22037  df-cncf 22589  df-ovol 23140  df-vol 23141  df-mbf 23294  df-itg1 23295  df-itg2 23296  df-ibl 23297  df-itg 23298  df-0p 23343  df-limc 23536  df-dv 23537
This theorem is referenced by:  wallispilem2  39590  wallispilem4  39592  wallispilem5  39593
  Copyright terms: Public domain W3C validator