Theorem ioocosf1o 12983

Description: The cosine function is a bijection when restricted to its principal domain. (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2014.) (Revised by Jim Kingdon, 7-May-2024.)

Assertion

Ref	Expression
ioocosf1o	|- ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -1-1-onto-> ( -u 1 (,) 1 )

Proof of Theorem ioocosf1o

Dummy variables x w y z are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cosf 11448	. . . . . 6 |- cos : CC --> CC
2		ffn 5280	. . . . . 6 |- ( cos : CC --> CC -> cos Fn CC )
3	1, 2	ax-mp 5	. . . . 5 |- cos Fn CC
4		ioossre 9748	. . . . . 6 |- ( 0 (,) pi ) C_ RR
5		ax-resscn 7736	. . . . . 6 |- RR C_ CC
6	4, 5	sstri 3111	. . . . 5 |- ( 0 (,) pi ) C_ CC
7		fnssres 5244	. . . . 5 |- ( ( cos Fn CC /\ ( 0 (,) pi ) C_ CC ) -> ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) Fn ( 0 (,) pi ) )
8	3, 6, 7	mp2an 423	. . . 4 |- ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) Fn ( 0 (,) pi )
9		fvres 5453	. . . . . 6 |- ( x e. ( 0 (,) pi ) -> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) = ( cos ` x ) )
10		cos0pilt1 12981	. . . . . 6 |- ( x e. ( 0 (,) pi ) -> ( cos ` x ) e. ( -u 1 (,) 1 ) )
11	9, 10	eqeltrd 2217	. . . . 5 |- ( x e. ( 0 (,) pi ) -> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) e. ( -u 1 (,) 1 ) )
12	11	rgen 2488	. . . 4 |- A. x e. ( 0 (,) pi ) ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) e. ( -u 1 (,) 1 )
13		ffnfv 5586	. . . 4 |- ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) --> ( -u 1 (,) 1 ) <-> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) Fn ( 0 (,) pi ) /\ A. x e. ( 0 (,) pi ) ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) e. ( -u 1 (,) 1 ) ) )
14	8, 12, 13	mpbir2an 927	. . 3 |- ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) --> ( -u 1 (,) 1 )
15		fvres 5453	. . . . . 6 |- ( y e. ( 0 (,) pi ) -> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) = ( cos ` y ) )
16	9, 15	eqeqan12d 2156	. . . . 5 |- ( ( x e. ( 0 (,) pi ) /\ y e. ( 0 (,) pi ) ) -> ( ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) <-> ( cos ` x ) = ( cos ` y ) ) )
17		ioossicc 9772	. . . . . . 7 |- ( 0 (,) pi ) C_ ( 0 [,] pi )
18	17	sseli 3098	. . . . . 6 |- ( x e. ( 0 (,) pi ) -> x e. ( 0 [,] pi ) )
19	17	sseli 3098	. . . . . 6 |- ( y e. ( 0 (,) pi ) -> y e. ( 0 [,] pi ) )
20		cos11 12982	. . . . . . 7 |- ( ( x e. ( 0 [,] pi ) /\ y e. ( 0 [,] pi ) ) -> ( x = y <-> ( cos ` x ) = ( cos ` y ) ) )
21	20	biimprd 157	. . . . . 6 |- ( ( x e. ( 0 [,] pi ) /\ y e. ( 0 [,] pi ) ) -> ( ( cos ` x ) = ( cos ` y ) -> x = y ) )
22	18, 19, 21	syl2an 287	. . . . 5 |- ( ( x e. ( 0 (,) pi ) /\ y e. ( 0 (,) pi ) ) -> ( ( cos ` x ) = ( cos ` y ) -> x = y ) )
23	16, 22	sylbid 149	. . . 4 |- ( ( x e. ( 0 (,) pi ) /\ y e. ( 0 (,) pi ) ) -> ( ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) -> x = y ) )
24	23	rgen2 2521	. . 3 |- A. x e. ( 0 (,) pi ) A. y e. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) -> x = y )
25		dff13 5677	. . 3 |- ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -1-1-> ( -u 1 (,) 1 ) <-> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) --> ( -u 1 (,) 1 ) /\ A. x e. ( 0 (,) pi ) A. y e. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` x ) = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) -> x = y ) ) )
26	14, 24, 25	mpbir2an 927	. 2 |- ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -1-1-> ( -u 1 (,) 1 )
27		0red 7791	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> 0 e. RR )
28		pire 12915	. . . . . . 7 |- pi e. RR
29	28	a1i 9	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> pi e. RR )
30		elioore 9725	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> x e. RR )
31		pipos 12917	. . . . . . 7 |- 0 < pi
32	31	a1i 9	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> 0 < pi )
33		0re 7790	. . . . . . . . 9 |- 0 e. RR
34		iccssre 9768	. . . . . . . . 9 |- ( ( 0 e. RR /\ pi e. RR ) -> ( 0 [,] pi ) C_ RR )
35	33, 28, 34	mp2an 423	. . . . . . . 8 |- ( 0 [,] pi ) C_ RR
36	35, 5	sstri 3111	. . . . . . 7 |- ( 0 [,] pi ) C_ CC
37	36	a1i 9	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> ( 0 [,] pi ) C_ CC )
38		coscn 12899	. . . . . . 7 |- cos e. ( CC -cn-> CC )
39	38	a1i 9	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> cos e. ( CC -cn-> CC ) )
40	35	sseli 3098	. . . . . . . 8 |- ( z e. ( 0 [,] pi ) -> z e. RR )
41	40	recoscld 11467	. . . . . . 7 |- ( z e. ( 0 [,] pi ) -> ( cos ` z ) e. RR )
42	41	adantl 275	. . . . . 6 |- ( ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) /\ z e. ( 0 [,] pi ) ) -> ( cos ` z ) e. RR )
43		cospi 12929	. . . . . . . 8 |- ( cos ` pi ) = -u 1
44		neg1rr 8850	. . . . . . . . . . 11 |- -u 1 e. RR
45	44	rexri 7847	. . . . . . . . . 10 |- -u 1 e. RR*
46		1re 7789	. . . . . . . . . . 11 |- 1 e. RR
47	46	rexri 7847	. . . . . . . . . 10 |- 1 e. RR*
48		elioo2 9734	. . . . . . . . . 10 |- ( ( -u 1 e. RR* /\ 1 e. RR* ) -> ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) <-> ( x e. RR /\ -u 1 < x /\ x < 1 ) ) )
49	45, 47, 48	mp2an 423	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) <-> ( x e. RR /\ -u 1 < x /\ x < 1 ) )
50	49	simp2bi 998	. . . . . . . 8 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> -u 1 < x )
51	43, 50	eqbrtrid 3971	. . . . . . 7 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> ( cos ` pi ) < x )
52	49	simp3bi 999	. . . . . . . 8 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> x < 1 )
53		cos0 11473	. . . . . . . 8 |- ( cos ` 0 ) = 1
54	52, 53	breqtrrdi 3978	. . . . . . 7 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> x < ( cos ` 0 ) )
55	51, 54	jca 304	. . . . . 6 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> ( ( cos ` pi ) < x /\ x < ( cos ` 0 ) ) )
56		simplr 520	. . . . . . 7 |- ( ( ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) /\ z e. ( 0 [,] pi ) ) /\ ( w e. ( 0 [,] pi ) /\ z < w ) ) -> z e. ( 0 [,] pi ) )
57		simprl 521	. . . . . . 7 |- ( ( ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) /\ z e. ( 0 [,] pi ) ) /\ ( w e. ( 0 [,] pi ) /\ z < w ) ) -> w e. ( 0 [,] pi ) )
58		simprr 522	. . . . . . 7 |- ( ( ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) /\ z e. ( 0 [,] pi ) ) /\ ( w e. ( 0 [,] pi ) /\ z < w ) ) -> z < w )
59	56, 57, 58	cosordlem 12978	. . . . . 6 |- ( ( ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) /\ z e. ( 0 [,] pi ) ) /\ ( w e. ( 0 [,] pi ) /\ z < w ) ) -> ( cos ` w ) < ( cos ` z ) )
60	27, 29, 30, 32, 37, 39, 42, 55, 59	ivthdec 12830	. . . . 5 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> E. y e. ( 0 (,) pi ) ( cos ` y ) = x )
61		eqcom 2142	. . . . . . 7 |- ( x = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) <-> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) = x )
62	15	eqeq1d 2149	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 0 (,) pi ) -> ( ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) = x <-> ( cos ` y ) = x ) )
63	61, 62	syl5bb 191	. . . . . 6 |- ( y e. ( 0 (,) pi ) -> ( x = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) <-> ( cos ` y ) = x ) )
64	63	rexbiia 2453	. . . . 5 |- ( E. y e. ( 0 (,) pi ) x = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) <-> E. y e. ( 0 (,) pi ) ( cos ` y ) = x )
65	60, 64	sylibr 133	. . . 4 |- ( x e. ( -u 1 (,) 1 ) -> E. y e. ( 0 (,) pi ) x = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) )
66	65	rgen 2488	. . 3 |- A. x e. ( -u 1 (,) 1 ) E. y e. ( 0 (,) pi ) x = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y )
67		dffo3 5575	. . 3 |- ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -onto-> ( -u 1 (,) 1 ) <-> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) --> ( -u 1 (,) 1 ) /\ A. x e. ( -u 1 (,) 1 ) E. y e. ( 0 (,) pi ) x = ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) ` y ) ) )
68	14, 66, 67	mpbir2an 927	. 2 |- ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -onto-> ( -u 1 (,) 1 )
69		df-f1o 5138	. 2 |- ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -1-1-onto-> ( -u 1 (,) 1 ) <-> ( ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -1-1-> ( -u 1 (,) 1 ) /\ ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -onto-> ( -u 1 (,) 1 ) ) )
70	26, 68, 69	mpbir2an 927	1 |- ( cos |` ( 0 (,) pi ) ) : ( 0 (,) pi ) -1-1-onto-> ( -u 1 (,) 1 )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   <-> wb 104   /\ w3a 963   = wceq 1332   e. wcel 1481   A.wral 2417   E.wrex 2418   C_ wss 3076   class class class wbr 3937   |` cres 4549   Fn wfn 5126   -->wf 5127   -1-1->wf1 5128   -onto->wfo 5129   -1-1-onto->wf1o 5130   ` cfv 5131  (class class class)co 5782   CCcc 7642   RRcr 7643   0cc0 7644   1c1 7645   RR*cxr 7823   < clt 7824   -ucneg 7958   (,)cioo 9701   [,]cicc 9704   cosccos 11388   picpi 11390   -cn->ccncf 12765

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  ax-pre-suploc 7765  ax-addf 7766  ax-mulf 7767

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 817  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-disj 3915  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-of 5990  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-map 6552  df-pm 6553  df-en 6643  df-dom 6644  df-fin 6645  df-sup 6879  df-inf 6880  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-7 8808  df-8 8809  df-9 8810  df-n0 9002  df-z 9079  df-uz 9351  df-q 9439  df-rp 9471  df-xneg 9589  df-xadd 9590  df-ioo 9705  df-ioc 9706  df-ico 9707  df-icc 9708  df-fz 9822  df-fzo 9951  df-seqfrec 10250  df-exp 10324  df-fac 10504  df-bc 10526  df-ihash 10554  df-shft 10619  df-cj 10646  df-re 10647  df-im 10648  df-rsqrt 10802  df-abs 10803  df-clim 11080  df-sumdc 11155  df-ef 11391  df-sin 11393  df-cos 11394  df-pi 11396  df-rest 12161  df-topgen 12180  df-psmet 12195  df-xmet 12196  df-met 12197  df-bl 12198  df-mopn 12199  df-top 12204  df-topon 12217  df-bases 12249  df-ntr 12304  df-cn 12396  df-cnp 12397  df-tx 12461  df-cncf 12766  df-limced 12833  df-dvap 12834

This theorem is referenced by: (None)