ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  efi4p GIF version

Theorem efi4p 11725
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, 30-Apr-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
efi4p.1 ๐น = (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (((i ยท ๐ด)โ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))
Assertion
Ref Expression
efi4p (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (expโ€˜(i ยท ๐ด)) = (((1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)) + (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))) + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜4)(๐นโ€˜๐‘˜)))
Distinct variable groups:   ๐ด,๐‘˜,๐‘›   ๐‘˜,๐น
Allowed substitution hint:   ๐น(๐‘›)

Proof of Theorem efi4p
StepHypRef Expression
1 ax-icn 7906 . . . 4 i โˆˆ โ„‚
2 mulcl 7938 . . . 4 ((i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚) โ†’ (i ยท ๐ด) โˆˆ โ„‚)
31, 2mpan 424 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (i ยท ๐ด) โˆˆ โ„‚)
4 efi4p.1 . . . 4 ๐น = (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (((i ยท ๐ด)โ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))
54ef4p 11702 . . 3 ((i ยท ๐ด) โˆˆ โ„‚ โ†’ (expโ€˜(i ยท ๐ด)) = ((((1 + (i ยท ๐ด)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜4)(๐นโ€˜๐‘˜)))
63, 5syl 14 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (expโ€˜(i ยท ๐ด)) = ((((1 + (i ยท ๐ด)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜4)(๐นโ€˜๐‘˜)))
7 ax-1cn 7904 . . . . . 6 1 โˆˆ โ„‚
8 addcl 7936 . . . . . 6 ((1 โˆˆ โ„‚ โˆง (i ยท ๐ด) โˆˆ โ„‚) โ†’ (1 + (i ยท ๐ด)) โˆˆ โ„‚)
97, 3, 8sylancr 414 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 + (i ยท ๐ด)) โˆˆ โ„‚)
103sqcld 10652 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘2) โˆˆ โ„‚)
1110halfcld 9163 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2) โˆˆ โ„‚)
12 3nn0 9194 . . . . . . 7 3 โˆˆ โ„•0
13 expcl 10538 . . . . . . 7 (((i ยท ๐ด) โˆˆ โ„‚ โˆง 3 โˆˆ โ„•0) โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘3) โˆˆ โ„‚)
143, 12, 13sylancl 413 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘3) โˆˆ โ„‚)
15 6cn 9001 . . . . . . 7 6 โˆˆ โ„‚
16 6re 9000 . . . . . . . 8 6 โˆˆ โ„
17 6pos 9020 . . . . . . . 8 0 < 6
1816, 17gt0ap0ii 8585 . . . . . . 7 6 # 0
19 divclap 8635 . . . . . . 7 ((((i ยท ๐ด)โ†‘3) โˆˆ โ„‚ โˆง 6 โˆˆ โ„‚ โˆง 6 # 0) โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
2015, 18, 19mp3an23 1329 . . . . . 6 (((i ยท ๐ด)โ†‘3) โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
2114, 20syl 14 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
229, 11, 21addassd 7980 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((1 + (i ยท ๐ด)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) = ((1 + (i ยท ๐ด)) + ((((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6))))
237a1i 9 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ 1 โˆˆ โ„‚)
2423, 3, 11, 21add4d 8126 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((1 + (i ยท ๐ด)) + ((((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6))) = ((1 + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + ((i ยท ๐ด) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6))))
25 2nn0 9193 . . . . . . . . . . 11 2 โˆˆ โ„•0
26 mulexp 10559 . . . . . . . . . . 11 ((i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โˆˆ โ„•0) โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘2) = ((iโ†‘2) ยท (๐ดโ†‘2)))
271, 25, 26mp3an13 1328 . . . . . . . . . 10 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘2) = ((iโ†‘2) ยท (๐ดโ†‘2)))
28 i2 10621 . . . . . . . . . . . 12 (iโ†‘2) = -1
2928oveq1i 5885 . . . . . . . . . . 11 ((iโ†‘2) ยท (๐ดโ†‘2)) = (-1 ยท (๐ดโ†‘2))
3029a1i 9 . . . . . . . . . 10 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((iโ†‘2) ยท (๐ดโ†‘2)) = (-1 ยท (๐ดโ†‘2)))
31 sqcl 10581 . . . . . . . . . . 11 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ดโ†‘2) โˆˆ โ„‚)
3231mulm1d 8367 . . . . . . . . . 10 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (-1 ยท (๐ดโ†‘2)) = -(๐ดโ†‘2))
3327, 30, 323eqtrd 2214 . . . . . . . . 9 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘2) = -(๐ดโ†‘2))
3433oveq1d 5890 . . . . . . . 8 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2) = (-(๐ดโ†‘2) / 2))
35 2cn 8990 . . . . . . . . . 10 2 โˆˆ โ„‚
36 2ap0 9012 . . . . . . . . . 10 2 # 0
37 divnegap 8663 . . . . . . . . . 10 (((๐ดโ†‘2) โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 # 0) โ†’ -((๐ดโ†‘2) / 2) = (-(๐ดโ†‘2) / 2))
3835, 36, 37mp3an23 1329 . . . . . . . . 9 ((๐ดโ†‘2) โˆˆ โ„‚ โ†’ -((๐ดโ†‘2) / 2) = (-(๐ดโ†‘2) / 2))
3931, 38syl 14 . . . . . . . 8 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ -((๐ดโ†‘2) / 2) = (-(๐ดโ†‘2) / 2))
4034, 39eqtr4d 2213 . . . . . . 7 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2) = -((๐ดโ†‘2) / 2))
4140oveq2d 5891 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) = (1 + -((๐ดโ†‘2) / 2)))
4231halfcld 9163 . . . . . . 7 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((๐ดโ†‘2) / 2) โˆˆ โ„‚)
43 negsub 8205 . . . . . . 7 ((1 โˆˆ โ„‚ โˆง ((๐ดโ†‘2) / 2) โˆˆ โ„‚) โ†’ (1 + -((๐ดโ†‘2) / 2)) = (1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)))
447, 42, 43sylancr 414 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 + -((๐ดโ†‘2) / 2)) = (1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)))
4541, 44eqtrd 2210 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (1 + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) = (1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)))
46 mulexp 10559 . . . . . . . . . . 11 ((i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง 3 โˆˆ โ„•0) โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘3) = ((iโ†‘3) ยท (๐ดโ†‘3)))
471, 12, 46mp3an13 1328 . . . . . . . . . 10 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘3) = ((iโ†‘3) ยท (๐ดโ†‘3)))
48 i3 10622 . . . . . . . . . . 11 (iโ†‘3) = -i
4948oveq1i 5885 . . . . . . . . . 10 ((iโ†‘3) ยท (๐ดโ†‘3)) = (-i ยท (๐ดโ†‘3))
5047, 49eqtrdi 2226 . . . . . . . . 9 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด)โ†‘3) = (-i ยท (๐ดโ†‘3)))
5150oveq1d 5890 . . . . . . . 8 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6) = ((-i ยท (๐ดโ†‘3)) / 6))
52 expcl 10538 . . . . . . . . . 10 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง 3 โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘3) โˆˆ โ„‚)
5312, 52mpan2 425 . . . . . . . . 9 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ดโ†‘3) โˆˆ โ„‚)
54 negicn 8158 . . . . . . . . . 10 -i โˆˆ โ„‚
5515, 18pm3.2i 272 . . . . . . . . . 10 (6 โˆˆ โ„‚ โˆง 6 # 0)
56 divassap 8647 . . . . . . . . . 10 ((-i โˆˆ โ„‚ โˆง (๐ดโ†‘3) โˆˆ โ„‚ โˆง (6 โˆˆ โ„‚ โˆง 6 # 0)) โ†’ ((-i ยท (๐ดโ†‘3)) / 6) = (-i ยท ((๐ดโ†‘3) / 6)))
5754, 55, 56mp3an13 1328 . . . . . . . . 9 ((๐ดโ†‘3) โˆˆ โ„‚ โ†’ ((-i ยท (๐ดโ†‘3)) / 6) = (-i ยท ((๐ดโ†‘3) / 6)))
5853, 57syl 14 . . . . . . . 8 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((-i ยท (๐ดโ†‘3)) / 6) = (-i ยท ((๐ดโ†‘3) / 6)))
59 divclap 8635 . . . . . . . . . . 11 (((๐ดโ†‘3) โˆˆ โ„‚ โˆง 6 โˆˆ โ„‚ โˆง 6 # 0) โ†’ ((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
6015, 18, 59mp3an23 1329 . . . . . . . . . 10 ((๐ดโ†‘3) โˆˆ โ„‚ โ†’ ((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
6153, 60syl 14 . . . . . . . . 9 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
62 mulneg12 8354 . . . . . . . . 9 ((i โˆˆ โ„‚ โˆง ((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚) โ†’ (-i ยท ((๐ดโ†‘3) / 6)) = (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6)))
631, 61, 62sylancr 414 . . . . . . . 8 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (-i ยท ((๐ดโ†‘3) / 6)) = (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6)))
6451, 58, 633eqtrd 2214 . . . . . . 7 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6) = (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6)))
6564oveq2d 5891 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) = ((i ยท ๐ด) + (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6))))
6661negcld 8255 . . . . . . 7 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ -((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚)
67 adddi 7943 . . . . . . . 8 ((i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง -((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚) โ†’ (i ยท (๐ด + -((๐ดโ†‘3) / 6))) = ((i ยท ๐ด) + (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6))))
681, 67mp3an1 1324 . . . . . . 7 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง -((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚) โ†’ (i ยท (๐ด + -((๐ดโ†‘3) / 6))) = ((i ยท ๐ด) + (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6))))
6966, 68mpdan 421 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (i ยท (๐ด + -((๐ดโ†‘3) / 6))) = ((i ยท ๐ด) + (i ยท -((๐ดโ†‘3) / 6))))
70 negsub 8205 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ((๐ดโ†‘3) / 6) โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐ด + -((๐ดโ†‘3) / 6)) = (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))
7161, 70mpdan 421 . . . . . . 7 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐ด + -((๐ดโ†‘3) / 6)) = (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))
7271oveq2d 5891 . . . . . 6 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (i ยท (๐ด + -((๐ดโ†‘3) / 6))) = (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6))))
7365, 69, 723eqtr2d 2216 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((i ยท ๐ด) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) = (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6))))
7445, 73oveq12d 5893 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((1 + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + ((i ยท ๐ด) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6))) = ((1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)) + (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))))
7522, 24, 743eqtrd 2214 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (((1 + (i ยท ๐ด)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) = ((1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)) + (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))))
7675oveq1d 5890 . 2 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ((((1 + (i ยท ๐ด)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘2) / 2)) + (((i ยท ๐ด)โ†‘3) / 6)) + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜4)(๐นโ€˜๐‘˜)) = (((1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)) + (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))) + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜4)(๐นโ€˜๐‘˜)))
776, 76eqtrd 2210 1 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (expโ€˜(i ยท ๐ด)) = (((1 โˆ’ ((๐ดโ†‘2) / 2)) + (i ยท (๐ด โˆ’ ((๐ดโ†‘3) / 6)))) + ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜4)(๐นโ€˜๐‘˜)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 104   = wceq 1353   โˆˆ wcel 2148   class class class wbr 4004   โ†ฆ cmpt 4065  โ€˜cfv 5217  (class class class)co 5875  โ„‚cc 7809  0cc0 7811  1c1 7812  ici 7813   + caddc 7814   ยท cmul 7816   โˆ’ cmin 8128  -cneg 8129   # cap 8538   / cdiv 8629  2c2 8970  3c3 8971  4c4 8972  6c6 8974  โ„•0cn0 9176  โ„คโ‰ฅcuz 9528  โ†‘cexp 10519  !cfa 10705  ฮฃcsu 11361  expce 11650
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4119  ax-sep 4122  ax-nul 4130  ax-pow 4175  ax-pr 4210  ax-un 4434  ax-setind 4537  ax-iinf 4588  ax-cnex 7902  ax-resscn 7903  ax-1cn 7904  ax-1re 7905  ax-icn 7906  ax-addcl 7907  ax-addrcl 7908  ax-mulcl 7909  ax-mulrcl 7910  ax-addcom 7911  ax-mulcom 7912  ax-addass 7913  ax-mulass 7914  ax-distr 7915  ax-i2m1 7916  ax-0lt1 7917  ax-1rid 7918  ax-0id 7919  ax-rnegex 7920  ax-precex 7921  ax-cnre 7922  ax-pre-ltirr 7923  ax-pre-ltwlin 7924  ax-pre-lttrn 7925  ax-pre-apti 7926  ax-pre-ltadd 7927  ax-pre-mulgt0 7928  ax-pre-mulext 7929  ax-arch 7930  ax-caucvg 7931
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2740  df-sbc 2964  df-csb 3059  df-dif 3132  df-un 3134  df-in 3136  df-ss 3143  df-nul 3424  df-if 3536  df-pw 3578  df-sn 3599  df-pr 3600  df-op 3602  df-uni 3811  df-int 3846  df-iun 3889  df-br 4005  df-opab 4066  df-mpt 4067  df-tr 4103  df-id 4294  df-po 4297  df-iso 4298  df-iord 4367  df-on 4369  df-ilim 4370  df-suc 4372  df-iom 4591  df-xp 4633  df-rel 4634  df-cnv 4635  df-co 4636  df-dm 4637  df-rn 4638  df-res 4639  df-ima 4640  df-iota 5179  df-fun 5219  df-fn 5220  df-f 5221  df-f1 5222  df-fo 5223  df-f1o 5224  df-fv 5225  df-isom 5226  df-riota 5831  df-ov 5878  df-oprab 5879  df-mpo 5880  df-1st 6141  df-2nd 6142  df-recs 6306  df-irdg 6371  df-frec 6392  df-1o 6417  df-oadd 6421  df-er 6535  df-en 6741  df-dom 6742  df-fin 6743  df-pnf 7994  df-mnf 7995  df-xr 7996  df-ltxr 7997  df-le 7998  df-sub 8130  df-neg 8131  df-reap 8532  df-ap 8539  df-div 8630  df-inn 8920  df-2 8978  df-3 8979  df-4 8980  df-5 8981  df-6 8982  df-n0 9177  df-z 9254  df-uz 9529  df-q 9620  df-rp 9654  df-ico 9894  df-fz 10009  df-fzo 10143  df-seqfrec 10446  df-exp 10520  df-fac 10706  df-ihash 10756  df-cj 10851  df-re 10852  df-im 10853  df-rsqrt 11007  df-abs 11008  df-clim 11287  df-sumdc 11362  df-ef 11656
This theorem is referenced by:  resin4p  11726  recos4p  11727
  Copyright terms: Public domain W3C validator