ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  ef4p Unicode version

Theorem ef4p 11437
Description: Separate out the first four terms of the infinite series expansion of the exponential function. (Contributed by Paul Chapman, 19-Jan-2008.) (Revised by Mario Carneiro, 29-Apr-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
ef4p.1  |-  F  =  ( n  e.  NN0  |->  ( ( A ^
n )  /  ( ! `  n )
) )
Assertion
Ref Expression
ef4p  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  =  ( ( ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^ 2 )  / 
2 ) )  +  ( ( A ^
3 )  /  6
) )  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
4 ) ( F `
 k ) ) )
Distinct variable groups:    k, n, A   
k, F
Allowed substitution hint:    F( n)

Proof of Theorem ef4p
StepHypRef Expression
1 ef4p.1 . 2  |-  F  =  ( n  e.  NN0  |->  ( ( A ^
n )  /  ( ! `  n )
) )
2 df-4 8805 . 2  |-  4  =  ( 3  +  1 )
3 3nn0 9019 . 2  |-  3  e.  NN0
4 id 19 . 2  |-  ( A  e.  CC  ->  A  e.  CC )
5 ax-1cn 7737 . . . 4  |-  1  e.  CC
6 addcl 7769 . . . 4  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  A  e.  CC )  ->  ( 1  +  A
)  e.  CC )
75, 6mpan 421 . . 3  |-  ( A  e.  CC  ->  (
1  +  A )  e.  CC )
8 sqcl 10385 . . . 4  |-  ( A  e.  CC  ->  ( A ^ 2 )  e.  CC )
98halfcld 8988 . . 3  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( A ^ 2 )  /  2 )  e.  CC )
107, 9addcld 7809 . 2  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( 1  +  A
)  +  ( ( A ^ 2 )  /  2 ) )  e.  CC )
11 df-3 8804 . . 3  |-  3  =  ( 2  +  1 )
12 2nn0 9018 . . 3  |-  2  e.  NN0
13 df-2 8803 . . . 4  |-  2  =  ( 1  +  1 )
14 1nn0 9017 . . . 4  |-  1  e.  NN0
155a1i 9 . . . 4  |-  ( A  e.  CC  ->  1  e.  CC )
16 1e0p1 9247 . . . . 5  |-  1  =  ( 0  +  1 )
17 0nn0 9016 . . . . 5  |-  0  e.  NN0
18 0cnd 7783 . . . . 5  |-  ( A  e.  CC  ->  0  e.  CC )
191efval2 11408 . . . . . . . 8  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  = 
sum_ k  e.  NN0  ( F `  k ) )
20 nn0uz 9384 . . . . . . . . 9  |-  NN0  =  ( ZZ>= `  0 )
2120sumeq1i 11164 . . . . . . . 8  |-  sum_ k  e.  NN0  ( F `  k )  =  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
0 ) ( F `
 k )
2219, 21eqtr2di 2190 . . . . . . 7  |-  ( A  e.  CC  ->  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  0 )
( F `  k
)  =  ( exp `  A ) )
2322oveq2d 5798 . . . . . 6  |-  ( A  e.  CC  ->  (
0  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  0 )
( F `  k
) )  =  ( 0  +  ( exp `  A ) ) )
24 efcl 11407 . . . . . . 7  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  e.  CC )
2524addid2d 7936 . . . . . 6  |-  ( A  e.  CC  ->  (
0  +  ( exp `  A ) )  =  ( exp `  A
) )
2623, 25eqtr2d 2174 . . . . 5  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  =  ( 0  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
0 ) ( F `
 k ) ) )
27 eft0val 11436 . . . . . . 7  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( A ^ 0 )  /  ( ! `
 0 ) )  =  1 )
2827oveq2d 5798 . . . . . 6  |-  ( A  e.  CC  ->  (
0  +  ( ( A ^ 0 )  /  ( ! ` 
0 ) ) )  =  ( 0  +  1 ) )
29 0p1e1 8858 . . . . . 6  |-  ( 0  +  1 )  =  1
3028, 29eqtrdi 2189 . . . . 5  |-  ( A  e.  CC  ->  (
0  +  ( ( A ^ 0 )  /  ( ! ` 
0 ) ) )  =  1 )
311, 16, 17, 4, 18, 26, 30efsep 11434 . . . 4  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  =  ( 1  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
1 ) ( F `
 k ) ) )
32 exp1 10330 . . . . . . 7  |-  ( A  e.  CC  ->  ( A ^ 1 )  =  A )
33 fac1 10507 . . . . . . . 8  |-  ( ! `
 1 )  =  1
3433a1i 9 . . . . . . 7  |-  ( A  e.  CC  ->  ( ! `  1 )  =  1 )
3532, 34oveq12d 5800 . . . . . 6  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( A ^ 1 )  /  ( ! `
 1 ) )  =  ( A  / 
1 ) )
36 div1 8487 . . . . . 6  |-  ( A  e.  CC  ->  ( A  /  1 )  =  A )
3735, 36eqtrd 2173 . . . . 5  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( A ^ 1 )  /  ( ! `
 1 ) )  =  A )
3837oveq2d 5798 . . . 4  |-  ( A  e.  CC  ->  (
1  +  ( ( A ^ 1 )  /  ( ! ` 
1 ) ) )  =  ( 1  +  A ) )
391, 13, 14, 4, 15, 31, 38efsep 11434 . . 3  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  =  ( ( 1  +  A )  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( F `
 k ) ) )
40 fac2 10509 . . . . . 6  |-  ( ! `
 2 )  =  2
4140oveq2i 5793 . . . . 5  |-  ( ( A ^ 2 )  /  ( ! ` 
2 ) )  =  ( ( A ^
2 )  /  2
)
4241oveq2i 5793 . . . 4  |-  ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^ 2 )  / 
( ! `  2
) ) )  =  ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^ 2 )  /  2 ) )
4342a1i 9 . . 3  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( 1  +  A
)  +  ( ( A ^ 2 )  /  ( ! ` 
2 ) ) )  =  ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^
2 )  /  2
) ) )
441, 11, 12, 4, 7, 39, 43efsep 11434 . 2  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  =  ( ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^
2 )  /  2
) )  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
3 ) ( F `
 k ) ) )
45 fac3 10510 . . . . 5  |-  ( ! `
 3 )  =  6
4645oveq2i 5793 . . . 4  |-  ( ( A ^ 3 )  /  ( ! ` 
3 ) )  =  ( ( A ^
3 )  /  6
)
4746oveq2i 5793 . . 3  |-  ( ( ( 1  +  A
)  +  ( ( A ^ 2 )  /  2 ) )  +  ( ( A ^ 3 )  / 
( ! `  3
) ) )  =  ( ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^
2 )  /  2
) )  +  ( ( A ^ 3 )  /  6 ) )
4847a1i 9 . 2  |-  ( A  e.  CC  ->  (
( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^ 2 )  /  2 ) )  +  ( ( A ^ 3 )  /  ( ! ` 
3 ) ) )  =  ( ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^ 2 )  / 
2 ) )  +  ( ( A ^
3 )  /  6
) ) )
491, 2, 3, 4, 10, 44, 48efsep 11434 1  |-  ( A  e.  CC  ->  ( exp `  A )  =  ( ( ( ( 1  +  A )  +  ( ( A ^ 2 )  / 
2 ) )  +  ( ( A ^
3 )  /  6
) )  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= ` 
4 ) ( F `
 k ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    = wceq 1332    e. wcel 1481    |-> cmpt 3997   ` cfv 5131  (class class class)co 5782   CCcc 7642   0cc0 7644   1c1 7645    + caddc 7647    / cdiv 8456   2c2 8795   3c3 8796   4c4 8797   6c6 8799   NN0cn0 9001   ZZ>=cuz 9350   ^cexp 10323   !cfa 10503   sum_csu 11154   expce 11385
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1483  ax-10 1484  ax-11 1485  ax-i12 1486  ax-bndl 1487  ax-4 1488  ax-13 1492  ax-14 1493  ax-17 1507  ax-i9 1511  ax-ial 1515  ax-i5r 1516  ax-ext 2122  ax-coll 4051  ax-sep 4054  ax-nul 4062  ax-pow 4106  ax-pr 4139  ax-un 4363  ax-setind 4460  ax-iinf 4510  ax-cnex 7735  ax-resscn 7736  ax-1cn 7737  ax-1re 7738  ax-icn 7739  ax-addcl 7740  ax-addrcl 7741  ax-mulcl 7742  ax-mulrcl 7743  ax-addcom 7744  ax-mulcom 7745  ax-addass 7746  ax-mulass 7747  ax-distr 7748  ax-i2m1 7749  ax-0lt1 7750  ax-1rid 7751  ax-0id 7752  ax-rnegex 7753  ax-precex 7754  ax-cnre 7755  ax-pre-ltirr 7756  ax-pre-ltwlin 7757  ax-pre-lttrn 7758  ax-pre-apti 7759  ax-pre-ltadd 7760  ax-pre-mulgt0 7761  ax-pre-mulext 7762  ax-arch 7763  ax-caucvg 7764
This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1737  df-eu 2003  df-mo 2004  df-clab 2127  df-cleq 2133  df-clel 2136  df-nfc 2271  df-ne 2310  df-nel 2405  df-ral 2422  df-rex 2423  df-reu 2424  df-rmo 2425  df-rab 2426  df-v 2691  df-sbc 2914  df-csb 3008  df-dif 3078  df-un 3080  df-in 3082  df-ss 3089  df-nul 3369  df-if 3480  df-pw 3517  df-sn 3538  df-pr 3539  df-op 3541  df-uni 3745  df-int 3780  df-iun 3823  df-br 3938  df-opab 3998  df-mpt 3999  df-tr 4035  df-id 4223  df-po 4226  df-iso 4227  df-iord 4296  df-on 4298  df-ilim 4299  df-suc 4301  df-iom 4513  df-xp 4553  df-rel 4554  df-cnv 4555  df-co 4556  df-dm 4557  df-rn 4558  df-res 4559  df-ima 4560  df-iota 5096  df-fun 5133  df-fn 5134  df-f 5135  df-f1 5136  df-fo 5137  df-f1o 5138  df-fv 5139  df-isom 5140  df-riota 5738  df-ov 5785  df-oprab 5786  df-mpo 5787  df-1st 6046  df-2nd 6047  df-recs 6210  df-irdg 6275  df-frec 6296  df-1o 6321  df-oadd 6325  df-er 6437  df-en 6643  df-dom 6644  df-fin 6645  df-pnf 7826  df-mnf 7827  df-xr 7828  df-ltxr 7829  df-le 7830  df-sub 7959  df-neg 7960  df-reap 8361  df-ap 8368  df-div 8457  df-inn 8745  df-2 8803  df-3 8804  df-4 8805  df-5 8806  df-6 8807  df-n0 9002  df-z 9079  df-uz 9351  df-q 9439  df-rp 9471  df-ico 9707  df-fz 9822  df-fzo 9951  df-seqfrec 10250  df-exp 10324  df-fac 10504  df-ihash 10554  df-cj 10646  df-re 10647  df-im 10648  df-rsqrt 10802  df-abs 10803  df-clim 11080  df-sumdc 11155  df-ef 11391
This theorem is referenced by:  efi4p  11460
  Copyright terms: Public domain W3C validator