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Theorem log2cnv 24652
Description: Using the Taylor series for arctan(i / 3), produce a rapidly convergent series for log2. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Apr-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
log2cnv.1 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (2 / ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛))))
Assertion
Ref Expression
log2cnv seq0( + , 𝐹) ⇝ (log‘2)

Proof of Theorem log2cnv
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0uz 11707 . . . 4 0 = (ℤ‘0)
2 0zd 11374 . . . 4 (⊤ → 0 ∈ ℤ)
3 2cn 11076 . . . . . 6 2 ∈ ℂ
4 ax-icn 9980 . . . . . 6 i ∈ ℂ
5 ine0 10450 . . . . . 6 i ≠ 0
63, 4, 5divcli 10752 . . . . 5 (2 / i) ∈ ℂ
76a1i 11 . . . 4 (⊤ → (2 / i) ∈ ℂ)
8 3cn 11080 . . . . . . 7 3 ∈ ℂ
9 3ne0 11100 . . . . . . 7 3 ≠ 0
104, 8, 9divcli 10752 . . . . . 6 (i / 3) ∈ ℂ
11 absdiv 14016 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0) → (abs‘(i / 3)) = ((abs‘i) / (abs‘3)))
124, 8, 9, 11mp3an 1422 . . . . . . . 8 (abs‘(i / 3)) = ((abs‘i) / (abs‘3))
13 absi 14007 . . . . . . . . 9 (abs‘i) = 1
14 3re 11079 . . . . . . . . . 10 3 ∈ ℝ
15 0re 10025 . . . . . . . . . . 11 0 ∈ ℝ
16 3pos 11099 . . . . . . . . . . 11 0 < 3
1715, 14, 16ltleii 10145 . . . . . . . . . 10 0 ≤ 3
18 absid 14017 . . . . . . . . . 10 ((3 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 3) → (abs‘3) = 3)
1914, 17, 18mp2an 707 . . . . . . . . 9 (abs‘3) = 3
2013, 19oveq12i 6647 . . . . . . . 8 ((abs‘i) / (abs‘3)) = (1 / 3)
2112, 20eqtri 2642 . . . . . . 7 (abs‘(i / 3)) = (1 / 3)
22 1lt3 11181 . . . . . . . 8 1 < 3
23 recgt1 10904 . . . . . . . . 9 ((3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3) → (1 < 3 ↔ (1 / 3) < 1))
2414, 16, 23mp2an 707 . . . . . . . 8 (1 < 3 ↔ (1 / 3) < 1)
2522, 24mpbi 220 . . . . . . 7 (1 / 3) < 1
2621, 25eqbrtri 4665 . . . . . 6 (abs‘(i / 3)) < 1
27 eqid 2620 . . . . . . 7 (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1)))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))
2827atantayl3 24647 . . . . . 6 (((i / 3) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i / 3)) < 1) → seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))) ⇝ (arctan‘(i / 3)))
2910, 26, 28mp2an 707 . . . . 5 seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))) ⇝ (arctan‘(i / 3))
3029a1i 11 . . . 4 (⊤ → seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))) ⇝ (arctan‘(i / 3)))
31 oveq2 6643 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (-1↑𝑛) = (-1↑𝑘))
32 oveq2 6643 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑘 → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑘))
3332oveq1d 6650 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑘 → ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑘) + 1))
3433oveq2d 6651 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑘 → ((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) = ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)))
3534, 33oveq12d 6653 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1)) = (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1)))
3631, 35oveq12d 6653 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))) = ((-1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))))
37 ovex 6663 . . . . . . . 8 ((-1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))) ∈ V
3836, 27, 37fvmpt 6269 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) = ((-1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))))
394a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → i ∈ ℂ)
408a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → 3 ∈ ℂ)
419a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → 3 ≠ 0)
42 2nn0 11294 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ ℕ0
43 nn0mulcl 11314 . . . . . . . . . . . . . 14 ((2 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0) → (2 · 𝑘) ∈ ℕ0)
4442, 43mpan 705 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑘) ∈ ℕ0)
45 peano2nn0 11318 . . . . . . . . . . . . 13 ((2 · 𝑘) ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0)
4644, 45syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0)
4739, 40, 41, 46expdivd 13005 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((i↑((2 · 𝑘) + 1)) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
4847oveq2d 6651 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) = ((-1↑𝑘) · ((i↑((2 · 𝑘) + 1)) / (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
49 neg1cn 11109 . . . . . . . . . . . 12 -1 ∈ ℂ
50 expcl 12861 . . . . . . . . . . . 12 ((-1 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
5149, 50mpan 705 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
52 expcl 12861 . . . . . . . . . . . 12 ((i ∈ ℂ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0) → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
534, 46, 52sylancr 694 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
54 3nn 11171 . . . . . . . . . . . . 13 3 ∈ ℕ
55 nnexpcl 12856 . . . . . . . . . . . . 13 ((3 ∈ ℕ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0) → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
5654, 46, 55sylancr 694 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
5756nncnd 11021 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
5856nnne0d 11050 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ≠ 0)
5951, 53, 57, 58divassd 10821 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) = ((-1↑𝑘) · ((i↑((2 · 𝑘) + 1)) / (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
60 expp1 12850 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((i ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑘) ∈ ℕ0) → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((i↑(2 · 𝑘)) · i))
614, 44, 60sylancr 694 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((i↑(2 · 𝑘)) · i))
62 expmul 12888 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((i ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0) → (i↑(2 · 𝑘)) = ((i↑2)↑𝑘))
634, 42, 62mp3an12 1412 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑(2 · 𝑘)) = ((i↑2)↑𝑘))
64 i2 12948 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (i↑2) = -1
6564oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((i↑2)↑𝑘) = (-1↑𝑘)
6663, 65syl6eq 2670 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑(2 · 𝑘)) = (-1↑𝑘))
6766oveq1d 6650 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i↑(2 · 𝑘)) · i) = ((-1↑𝑘) · i))
6861, 67eqtrd 2654 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((-1↑𝑘) · i))
6968oveq2d 6651 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) = ((-1↑𝑘) · ((-1↑𝑘) · i)))
7051, 51, 39mulassd 10048 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · (-1↑𝑘)) · i) = ((-1↑𝑘) · ((-1↑𝑘) · i)))
7149a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → -1 ∈ ℂ)
72 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0)
7371, 72, 72expaddd 12993 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑(𝑘 + 𝑘)) = ((-1↑𝑘) · (-1↑𝑘)))
74 expmul 12888 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((-1 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0) → (-1↑(2 · 𝑘)) = ((-1↑2)↑𝑘))
7549, 42, 74mp3an12 1412 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑(2 · 𝑘)) = ((-1↑2)↑𝑘))
76 neg1sqe1 12942 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (-1↑2) = 1
7776oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((-1↑2)↑𝑘) = (1↑𝑘)
7875, 77syl6eq 2670 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑(2 · 𝑘)) = (1↑𝑘))
79 nn0cn 11287 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℂ)
80792timesd 11260 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑘) = (𝑘 + 𝑘))
8180oveq2d 6651 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑(2 · 𝑘)) = (-1↑(𝑘 + 𝑘)))
82 nn0z 11385 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
83 1exp 12872 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℤ → (1↑𝑘) = 1)
8482, 83syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (1↑𝑘) = 1)
8578, 81, 843eqtr3d 2662 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑(𝑘 + 𝑘)) = 1)
8673, 85eqtr3d 2656 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · (-1↑𝑘)) = 1)
8786oveq1d 6650 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · (-1↑𝑘)) · i) = (1 · i))
884mulid2i 10028 . . . . . . . . . . . . 13 (1 · i) = i
8987, 88syl6eq 2670 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · (-1↑𝑘)) · i) = i)
9069, 70, 893eqtr2d 2660 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) = i)
9190oveq1d 6650 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
9248, 59, 913eqtr2d 2660 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
9392oveq1d 6650 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = ((i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)))
94 expcl 12861 . . . . . . . . . 10 (((i / 3) ∈ ℂ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0) → ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
9510, 46, 94sylancr 694 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
96 nn0p1nn 11317 . . . . . . . . . . 11 ((2 · 𝑘) ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ)
9744, 96syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ)
9897nncnd 11021 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℂ)
9997nnne0d 11050 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ≠ 0)
10051, 95, 98, 99divassd 10821 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = ((-1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))))
10139, 57, 98, 58, 99divdiv1d 10817 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = (i / ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
10293, 100, 1013eqtr3d 2662 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
10357, 98mulcomd 10046 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1)) = (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
104103oveq2d 6651 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
10538, 102, 1043eqtrd 2658 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) = (i / (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
10697, 56nnmulcld 11053 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))) ∈ ℕ)
107106nncnd 11021 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
108106nnne0d 11050 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))) ≠ 0)
10939, 107, 108divcld 10786 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1)))) ∈ ℂ)
110105, 109eqeltrd 2699 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) ∈ ℂ)
111110adantl 482 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) ∈ ℂ)
11233oveq2d 6651 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (3 · ((2 · 𝑛) + 1)) = (3 · ((2 · 𝑘) + 1)))
113 oveq2 6643 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (9↑𝑛) = (9↑𝑘))
114112, 113oveq12d 6653 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛)) = ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))
115114oveq2d 6651 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑘 → (2 / ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛))) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
116 log2cnv.1 . . . . . . 7 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (2 / ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛))))
117 ovex 6663 . . . . . . 7 (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) ∈ V
118115, 116, 117fvmpt 6269 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐹𝑘) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
119 expp1 12850 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((3 ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑘) ∈ ℕ0) → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((3↑(2 · 𝑘)) · 3))
1208, 44, 119sylancr 694 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((3↑(2 · 𝑘)) · 3))
121 expmul 12888 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((3 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0) → (3↑(2 · 𝑘)) = ((3↑2)↑𝑘))
1228, 42, 121mp3an12 1412 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑(2 · 𝑘)) = ((3↑2)↑𝑘))
123 sq3 12944 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (3↑2) = 9
124123oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((3↑2)↑𝑘) = (9↑𝑘)
125122, 124syl6eq 2670 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑(2 · 𝑘)) = (9↑𝑘))
126125oveq1d 6650 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3↑(2 · 𝑘)) · 3) = ((9↑𝑘) · 3))
127 9nn 11177 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 9 ∈ ℕ
128 nnexpcl 12856 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((9 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (9↑𝑘) ∈ ℕ)
129127, 128mpan 705 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (9↑𝑘) ∈ ℕ)
130129nncnd 11021 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (9↑𝑘) ∈ ℂ)
131 mulcom 10007 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((9↑𝑘) ∈ ℂ ∧ 3 ∈ ℂ) → ((9↑𝑘) · 3) = (3 · (9↑𝑘)))
132130, 8, 131sylancl 693 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((9↑𝑘) · 3) = (3 · (9↑𝑘)))
133120, 126, 1323eqtrd 2658 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) = (3 · (9↑𝑘)))
13490, 133oveq12d 6653 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3 · (9↑𝑘))))
13548, 59, 1343eqtr2d 2660 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3 · (9↑𝑘))))
136135oveq1d 6650 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((-1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = ((i / (3 · (9↑𝑘))) / ((2 · 𝑘) + 1)))
137 nnmulcl 11028 . . . . . . . . . . . . 13 ((3 ∈ ℕ ∧ (9↑𝑘) ∈ ℕ) → (3 · (9↑𝑘)) ∈ ℕ)
13854, 129, 137sylancr 694 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · (9↑𝑘)) ∈ ℕ)
139138nncnd 11021 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · (9↑𝑘)) ∈ ℂ)
140138nnne0d 11050 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · (9↑𝑘)) ≠ 0)
14139, 139, 98, 140, 99divdiv1d 10817 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / (3 · (9↑𝑘))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = (i / ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
142136, 100, 1413eqtr3d 2662 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
14340, 130, 98mul32d 10231 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1)) = ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))
144143oveq2d 6651 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
14538, 142, 1443eqtrd 2658 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) = (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
146145oveq2d 6651 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)) = ((2 / i) · (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))))
147 nnmulcl 11028 . . . . . . . . . . . 12 ((3 ∈ ℕ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ) → (3 · ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
14854, 97, 147sylancr 694 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
149148, 129nnmulcld 11053 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)) ∈ ℕ)
150149nncnd 11021 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)) ∈ ℂ)
151149nnne0d 11050 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)) ≠ 0)
15239, 150, 151divcld 10786 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) ∈ ℂ)
153 mulcom 10007 . . . . . . . 8 (((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) ∈ ℂ ∧ (2 / i) ∈ ℂ) → ((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) · (2 / i)) = ((2 / i) · (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))))
154152, 6, 153sylancl 693 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) · (2 / i)) = ((2 / i) · (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))))
1553a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℂ)
1565a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → i ≠ 0)
157155, 39, 150, 156, 151dmdcand 10815 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) · (2 / i)) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
158146, 154, 1573eqtr2d 2660 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
159118, 158eqtr4d 2657 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐹𝑘) = ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)))
160159adantl 482 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) = ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)))
1611, 2, 7, 30, 111, 160isermulc2 14369 . . 3 (⊤ → seq0( + , 𝐹) ⇝ ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))))
162161trud 1491 . 2 seq0( + , 𝐹) ⇝ ((2 / i) · (arctan‘(i / 3)))
163 bndatandm 24637 . . . . . . . 8 (((i / 3) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i / 3)) < 1) → (i / 3) ∈ dom arctan)
16410, 26, 163mp2an 707 . . . . . . 7 (i / 3) ∈ dom arctan
165 atanval 24592 . . . . . . 7 ((i / 3) ∈ dom arctan → (arctan‘(i / 3)) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3)))))))
166164, 165ax-mp 5 . . . . . 6 (arctan‘(i / 3)) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3))))))
167 df-4 11066 . . . . . . . . . . . . 13 4 = (3 + 1)
168167oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . 12 (4 / 3) = ((3 + 1) / 3)
169 ax-1cn 9979 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℂ
1708, 169, 8, 9divdiri 10767 . . . . . . . . . . . 12 ((3 + 1) / 3) = ((3 / 3) + (1 / 3))
1718, 9dividi 10743 . . . . . . . . . . . . 13 (3 / 3) = 1
172171oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . 12 ((3 / 3) + (1 / 3)) = (1 + (1 / 3))
173168, 170, 1723eqtri 2646 . . . . . . . . . . 11 (4 / 3) = (1 + (1 / 3))
174169, 8, 9divcli 10752 . . . . . . . . . . . 12 (1 / 3) ∈ ℂ
175169, 174subnegi 10345 . . . . . . . . . . 11 (1 − -(1 / 3)) = (1 + (1 / 3))
176 divneg 10704 . . . . . . . . . . . . . 14 ((1 ∈ ℂ ∧ 3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0) → -(1 / 3) = (-1 / 3))
177169, 8, 9, 176mp3an 1422 . . . . . . . . . . . . 13 -(1 / 3) = (-1 / 3)
178 ixi 10641 . . . . . . . . . . . . . 14 (i · i) = -1
179178oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . . 13 ((i · i) / 3) = (-1 / 3)
1804, 4, 8, 9divassi 10766 . . . . . . . . . . . . 13 ((i · i) / 3) = (i · (i / 3))
181177, 179, 1803eqtr2i 2648 . . . . . . . . . . . 12 -(1 / 3) = (i · (i / 3))
182181oveq2i 6646 . . . . . . . . . . 11 (1 − -(1 / 3)) = (1 − (i · (i / 3)))
183173, 175, 1823eqtr2ri 2649 . . . . . . . . . 10 (1 − (i · (i / 3))) = (4 / 3)
184183fveq2i 6181 . . . . . . . . 9 (log‘(1 − (i · (i / 3)))) = (log‘(4 / 3))
1858, 9pm3.2i 471 . . . . . . . . . . . . 13 (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)
186 divsubdir 10706 . . . . . . . . . . . . 13 ((3 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ ∧ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)) → ((3 − 1) / 3) = ((3 / 3) − (1 / 3)))
1878, 169, 185, 186mp3an 1422 . . . . . . . . . . . 12 ((3 − 1) / 3) = ((3 / 3) − (1 / 3))
188 3m1e2 11122 . . . . . . . . . . . . 13 (3 − 1) = 2
189188oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . 12 ((3 − 1) / 3) = (2 / 3)
190171oveq1i 6645 . . . . . . . . . . . 12 ((3 / 3) − (1 / 3)) = (1 − (1 / 3))
191187, 189, 1903eqtr3i 2650 . . . . . . . . . . 11 (2 / 3) = (1 − (1 / 3))
192169, 174negsubi 10344 . . . . . . . . . . 11 (1 + -(1 / 3)) = (1 − (1 / 3))
193181oveq2i 6646 . . . . . . . . . . 11 (1 + -(1 / 3)) = (1 + (i · (i / 3)))
194191, 192, 1933eqtr2ri 2649 . . . . . . . . . 10 (1 + (i · (i / 3))) = (2 / 3)
195194fveq2i 6181 . . . . . . . . 9 (log‘(1 + (i · (i / 3)))) = (log‘(2 / 3))
196184, 195oveq12i 6647 . . . . . . . 8 ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3))))) = ((log‘(4 / 3)) − (log‘(2 / 3)))
197 4re 11082 . . . . . . . . . . 11 4 ∈ ℝ
198 4pos 11101 . . . . . . . . . . 11 0 < 4
199197, 198elrpii 11820 . . . . . . . . . 10 4 ∈ ℝ+
20014, 16elrpii 11820 . . . . . . . . . 10 3 ∈ ℝ+
201 rpdivcl 11841 . . . . . . . . . 10 ((4 ∈ ℝ+ ∧ 3 ∈ ℝ+) → (4 / 3) ∈ ℝ+)
202199, 200, 201mp2an 707 . . . . . . . . 9 (4 / 3) ∈ ℝ+
203 2rp 11822 . . . . . . . . . 10 2 ∈ ℝ+
204 rpdivcl 11841 . . . . . . . . . 10 ((2 ∈ ℝ+ ∧ 3 ∈ ℝ+) → (2 / 3) ∈ ℝ+)
205203, 200, 204mp2an 707 . . . . . . . . 9 (2 / 3) ∈ ℝ+
206 relogdiv 24320 . . . . . . . . 9 (((4 / 3) ∈ ℝ+ ∧ (2 / 3) ∈ ℝ+) → (log‘((4 / 3) / (2 / 3))) = ((log‘(4 / 3)) − (log‘(2 / 3))))
207202, 205, 206mp2an 707 . . . . . . . 8 (log‘((4 / 3) / (2 / 3))) = ((log‘(4 / 3)) − (log‘(2 / 3)))
208 4cn 11083 . . . . . . . . . . 11 4 ∈ ℂ
209 2cnne0 11227 . . . . . . . . . . 11 (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0)
210 divcan7 10719 . . . . . . . . . . 11 ((4 ∈ ℂ ∧ (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) ∧ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)) → ((4 / 3) / (2 / 3)) = (4 / 2))
211208, 209, 185, 210mp3an 1422 . . . . . . . . . 10 ((4 / 3) / (2 / 3)) = (4 / 2)
212 4d2e2 11169 . . . . . . . . . 10 (4 / 2) = 2
213211, 212eqtri 2642 . . . . . . . . 9 ((4 / 3) / (2 / 3)) = 2
214213fveq2i 6181 . . . . . . . 8 (log‘((4 / 3) / (2 / 3))) = (log‘2)
215196, 207, 2143eqtr2i 2648 . . . . . . 7 ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3))))) = (log‘2)
216215oveq2i 6646 . . . . . 6 ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3)))))) = ((i / 2) · (log‘2))
217166, 216eqtri 2642 . . . . 5 (arctan‘(i / 3)) = ((i / 2) · (log‘2))
218217oveq2i 6646 . . . 4 ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))) = ((2 / i) · ((i / 2) · (log‘2)))
219 2ne0 11098 . . . . . 6 2 ≠ 0
2204, 3, 219divcli 10752 . . . . 5 (i / 2) ∈ ℂ
221 logcl 24296 . . . . . 6 ((2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) → (log‘2) ∈ ℂ)
2223, 219, 221mp2an 707 . . . . 5 (log‘2) ∈ ℂ
2236, 220, 222mulassi 10034 . . . 4 (((2 / i) · (i / 2)) · (log‘2)) = ((2 / i) · ((i / 2) · (log‘2)))
224218, 223eqtr4i 2645 . . 3 ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))) = (((2 / i) · (i / 2)) · (log‘2))
225 divcan6 10717 . . . . 5 (((2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) ∧ (i ∈ ℂ ∧ i ≠ 0)) → ((2 / i) · (i / 2)) = 1)
2263, 219, 4, 5, 225mp4an 708 . . . 4 ((2 / i) · (i / 2)) = 1
227226oveq1i 6645 . . 3 (((2 / i) · (i / 2)) · (log‘2)) = (1 · (log‘2))
228222mulid2i 10028 . . 3 (1 · (log‘2)) = (log‘2)
229224, 227, 2283eqtri 2646 . 2 ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))) = (log‘2)
230162, 229breqtri 4669 1 seq0( + , 𝐹) ⇝ (log‘2)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wb 196  wa 384   = wceq 1481  wtru 1482  wcel 1988  wne 2791   class class class wbr 4644  cmpt 4720  dom cdm 5104  cfv 5876  (class class class)co 6635  cc 9919  cr 9920  0cc0 9921  1c1 9922  ici 9923   + caddc 9924   · cmul 9926   < clt 10059  cle 10060  cmin 10251  -cneg 10252   / cdiv 10669  cn 11005  2c2 11055  3c3 11056  4c4 11057  9c9 11062  0cn0 11277  cz 11362  +crp 11817  seqcseq 12784  cexp 12843  abscabs 13955  cli 14196  logclog 24282  arctancatan 24572
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1720  ax-4 1735  ax-5 1837  ax-6 1886  ax-7 1933  ax-8 1990  ax-9 1997  ax-10 2017  ax-11 2032  ax-12 2045  ax-13 2244  ax-ext 2600  ax-rep 4762  ax-sep 4772  ax-nul 4780  ax-pow 4834  ax-pr 4897  ax-un 6934  ax-inf2 8523  ax-cnex 9977  ax-resscn 9978  ax-1cn 9979  ax-icn 9980  ax-addcl 9981  ax-addrcl 9982  ax-mulcl 9983  ax-mulrcl 9984  ax-mulcom 9985  ax-addass 9986  ax-mulass 9987  ax-distr 9988  ax-i2m1 9989  ax-1ne0 9990  ax-1rid 9991  ax-rnegex 9992  ax-rrecex 9993  ax-cnre 9994  ax-pre-lttri 9995  ax-pre-lttrn 9996  ax-pre-ltadd 9997  ax-pre-mulgt0 9998  ax-pre-sup 9999  ax-addf 10000  ax-mulf 10001
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1484  df-fal 1487  df-ex 1703  df-nf 1708  df-sb 1879  df-eu 2472  df-mo 2473  df-clab 2607  df-cleq 2613  df-clel 2616  df-nfc 2751  df-ne 2792  df-nel 2895  df-ral 2914  df-rex 2915  df-reu 2916  df-rmo 2917  df-rab 2918  df-v 3197  df-sbc 3430  df-csb 3527  df-dif 3570  df-un 3572  df-in 3574  df-ss 3581  df-pss 3583  df-nul 3908  df-if 4078  df-pw 4151  df-sn 4169  df-pr 4171  df-tp 4173  df-op 4175  df-uni 4428  df-int 4467  df-iun 4513  df-iin 4514  df-br 4645  df-opab 4704  df-mpt 4721  df-tr 4744  df-id 5014  df-eprel 5019  df-po 5025  df-so 5026  df-fr 5063  df-se 5064  df-we 5065  df-xp 5110  df-rel 5111  df-cnv 5112  df-co 5113  df-dm 5114  df-rn 5115  df-res 5116  df-ima 5117  df-pred 5668  df-ord 5714  df-on 5715  df-lim 5716  df-suc 5717  df-iota 5839  df-fun 5878  df-fn 5879  df-f 5880  df-f1 5881  df-fo 5882  df-f1o 5883  df-fv 5884  df-isom 5885  df-riota 6596  df-ov 6638  df-oprab 6639  df-mpt2 6640  df-of 6882  df-om 7051  df-1st 7153  df-2nd 7154  df-supp 7281  df-wrecs 7392  df-recs 7453  df-rdg 7491  df-1o 7545  df-2o 7546  df-oadd 7549  df-er 7727  df-map 7844  df-pm 7845  df-ixp 7894  df-en 7941  df-dom 7942  df-sdom 7943  df-fin 7944  df-fsupp 8261  df-fi 8302  df-sup 8333  df-inf 8334  df-oi 8400  df-card 8750  df-cda 8975  df-pnf 10061  df-mnf 10062  df-xr 10063  df-ltxr 10064  df-le 10065  df-sub 10253  df-neg 10254  df-div 10670  df-nn 11006  df-2 11064  df-3 11065  df-4 11066  df-5 11067  df-6 11068  df-7 11069  df-8 11070  df-9 11071  df-n0 11278  df-xnn0 11349  df-z 11363  df-dec 11479  df-uz 11673  df-q 11774  df-rp 11818  df-xneg 11931  df-xadd 11932  df-xmul 11933  df-ioo 12164  df-ioc 12165  df-ico 12166  df-icc 12167  df-fz 12312  df-fzo 12450  df-fl 12576  df-mod 12652  df-seq 12785  df-exp 12844  df-fac 13044  df-bc 13073  df-hash 13101  df-shft 13788  df-cj 13820  df-re 13821  df-im 13822  df-sqrt 13956  df-abs 13957  df-limsup 14183  df-clim 14200  df-rlim 14201  df-sum 14398  df-ef 14779  df-sin 14781  df-cos 14782  df-tan 14783  df-pi 14784  df-dvds 14965  df-struct 15840  df-ndx 15841  df-slot 15842  df-base 15844  df-sets 15845  df-ress 15846  df-plusg 15935  df-mulr 15936  df-starv 15937  df-sca 15938  df-vsca 15939  df-ip 15940  df-tset 15941  df-ple 15942  df-ds 15945  df-unif 15946  df-hom 15947  df-cco 15948  df-rest 16064  df-topn 16065  df-0g 16083  df-gsum 16084  df-topgen 16085  df-pt 16086  df-prds 16089  df-xrs 16143  df-qtop 16148  df-imas 16149  df-xps 16151  df-mre 16227  df-mrc 16228  df-acs 16230  df-mgm 17223  df-sgrp 17265  df-mnd 17276  df-submnd 17317  df-mulg 17522  df-cntz 17731  df-cmn 18176  df-psmet 19719  df-xmet 19720  df-met 19721  df-bl 19722  df-mopn 19723  df-fbas 19724  df-fg 19725  df-cnfld 19728  df-top 20680  df-topon 20697  df-topsp 20718  df-bases 20731  df-cld 20804  df-ntr 20805  df-cls 20806  df-nei 20883  df-lp 20921  df-perf 20922  df-cn 21012  df-cnp 21013  df-haus 21100  df-cmp 21171  df-tx 21346  df-hmeo 21539  df-fil 21631  df-fm 21723  df-flim 21724  df-flf 21725  df-xms 22106  df-ms 22107  df-tms 22108  df-cncf 22662  df-limc 23611  df-dv 23612  df-ulm 24112  df-log 24284  df-atan 24575
This theorem is referenced by:  log2tlbnd  24653
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