MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  2efiatan Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 2efiatan 25177
Description: Value of the exponential of an artcangent. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
2efiatan (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1))

Proof of Theorem 2efiatan
StepHypRef Expression
1 atanval 25143 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
21oveq2d 7032 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) · (arctan‘𝐴)) = ((2 · i) · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
3 2cn 11560 . . . . . 6 2 ∈ ℂ
43a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → 2 ∈ ℂ)
5 ax-icn 10442 . . . . . 6 i ∈ ℂ
65a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → i ∈ ℂ)
7 atancl 25140 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (arctan‘𝐴) ∈ ℂ)
84, 6, 7mulassd 10510 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) · (arctan‘𝐴)) = (2 · (i · (arctan‘𝐴))))
9 halfcl 11710 . . . . . . . . . 10 (i ∈ ℂ → (i / 2) ∈ ℂ)
105, 9ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (i / 2) ∈ ℂ
113, 5, 10mulassi 10498 . . . . . . . 8 ((2 · i) · (i / 2)) = (2 · (i · (i / 2)))
123, 5, 10mul12i 10682 . . . . . . . 8 (2 · (i · (i / 2))) = (i · (2 · (i / 2)))
13 2ne0 11589 . . . . . . . . . . 11 2 ≠ 0
145, 3, 13divcan2i 11231 . . . . . . . . . 10 (2 · (i / 2)) = i
1514oveq2i 7027 . . . . . . . . 9 (i · (2 · (i / 2))) = (i · i)
16 ixi 11117 . . . . . . . . 9 (i · i) = -1
1715, 16eqtri 2819 . . . . . . . 8 (i · (2 · (i / 2))) = -1
1811, 12, 173eqtri 2823 . . . . . . 7 ((2 · i) · (i / 2)) = -1
1918oveq1i 7026 . . . . . 6 (((2 · i) · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (-1 · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
20 ax-1cn 10441 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
21 atandm2 25136 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
2221simp1bi 1138 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈ ℂ)
23 mulcl 10467 . . . . . . . . . . 11 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
245, 22, 23sylancr 587 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
25 subcl 10732 . . . . . . . . . 10 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
2620, 24, 25sylancr 587 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
2721simp2bi 1139 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
2826, 27logcld 24835 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
29 addcl 10465 . . . . . . . . . 10 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
3020, 24, 29sylancr 587 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
3121simp3bi 1140 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
3230, 31logcld 24835 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
3328, 32subcld 10845 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
3433mulm1d 10940 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (-1 · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = -((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
3519, 34syl5eq 2843 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = -((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
36 2mulicn 11708 . . . . . . 7 (2 · i) ∈ ℂ
3736a1i 11 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · i) ∈ ℂ)
3810a1i 11 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (i / 2) ∈ ℂ)
3937, 38, 33mulassd 10510 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = ((2 · i) · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
4028, 32negsubdi2d 10861 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → -((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))
4135, 39, 403eqtr3d 2839 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))) = ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))
422, 8, 413eqtr3d 2839 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · (i · (arctan‘𝐴))) = ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))
4342fveq2d 6542 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) = (exp‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
44 efsub 15286 . . 3 (((log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ ∧ (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ) → (exp‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = ((exp‘(log‘(1 + (i · 𝐴)))) / (exp‘(log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4532, 28, 44syl2anc 584 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = ((exp‘(log‘(1 + (i · 𝐴)))) / (exp‘(log‘(1 − (i · 𝐴))))))
46 eflog 24841 . . . . 5 (((1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0) → (exp‘(log‘(1 + (i · 𝐴)))) = (1 + (i · 𝐴)))
4730, 31, 46syl2anc 584 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘(log‘(1 + (i · 𝐴)))) = (1 + (i · 𝐴)))
48 eflog 24841 . . . . 5 (((1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0) → (exp‘(log‘(1 − (i · 𝐴)))) = (1 − (i · 𝐴)))
4926, 27, 48syl2anc 584 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘(log‘(1 − (i · 𝐴)))) = (1 − (i · 𝐴)))
5047, 49oveq12d 7034 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(log‘(1 + (i · 𝐴)))) / (exp‘(log‘(1 − (i · 𝐴))))) = ((1 + (i · 𝐴)) / (1 − (i · 𝐴))))
51 negsub 10782 . . . . . . . 8 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i + -𝐴) = (i − 𝐴))
525, 22, 51sylancr 587 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (i + -𝐴) = (i − 𝐴))
536mulid1d 10504 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · 1) = i)
5416oveq1i 7026 . . . . . . . . 9 ((i · i) · 𝐴) = (-1 · 𝐴)
556, 6, 22mulassd 10510 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · i) · 𝐴) = (i · (i · 𝐴)))
5622mulm1d 10940 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (-1 · 𝐴) = -𝐴)
5754, 55, 563eqtr3a 2855 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · (i · 𝐴)) = -𝐴)
5853, 57oveq12d 7034 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · 1) + (i · (i · 𝐴))) = (i + -𝐴))
596, 22, 6pnpcan2d 10883 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i + i) − (𝐴 + i)) = (i − 𝐴))
6052, 58, 593eqtr4d 2841 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · 1) + (i · (i · 𝐴))) = ((i + i) − (𝐴 + i)))
6120a1i 11 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → 1 ∈ ℂ)
626, 61, 24adddid 10511 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · (1 + (i · 𝐴))) = ((i · 1) + (i · (i · 𝐴))))
6362timesd 11728 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · i) = (i + i))
6463oveq1d 7031 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) − (𝐴 + i)) = ((i + i) − (𝐴 + i)))
6560, 62, 643eqtr4d 2841 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · (1 + (i · 𝐴))) = ((2 · i) − (𝐴 + i)))
666, 61, 24subdid 10944 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · (1 − (i · 𝐴))) = ((i · 1) − (i · (i · 𝐴))))
6753, 57oveq12d 7034 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · 1) − (i · (i · 𝐴))) = (i − -𝐴))
68 subneg 10783 . . . . . . . 8 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i − -𝐴) = (i + 𝐴))
695, 22, 68sylancr 587 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (i − -𝐴) = (i + 𝐴))
7067, 69eqtrd 2831 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · 1) − (i · (i · 𝐴))) = (i + 𝐴))
71 addcom 10673 . . . . . . 7 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i + 𝐴) = (𝐴 + i))
725, 22, 71sylancr 587 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (i + 𝐴) = (𝐴 + i))
7366, 70, 723eqtrd 2835 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · (1 − (i · 𝐴))) = (𝐴 + i))
7465, 73oveq12d 7034 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · (1 + (i · 𝐴))) / (i · (1 − (i · 𝐴)))) = (((2 · i) − (𝐴 + i)) / (𝐴 + i)))
75 ine0 10923 . . . . . 6 i ≠ 0
7675a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → i ≠ 0)
7730, 26, 6, 27, 76divcan5d 11290 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · (1 + (i · 𝐴))) / (i · (1 − (i · 𝐴)))) = ((1 + (i · 𝐴)) / (1 − (i · 𝐴))))
78 addcl 10465 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ i ∈ ℂ) → (𝐴 + i) ∈ ℂ)
7922, 5, 78sylancl 586 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 + i) ∈ ℂ)
80 subneg 10783 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ i ∈ ℂ) → (𝐴 − -i) = (𝐴 + i))
8122, 5, 80sylancl 586 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 − -i) = (𝐴 + i))
82 atandm 25135 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ -i ∧ 𝐴 ≠ i))
8382simp2bi 1139 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ≠ -i)
84 negicn 10734 . . . . . . . 8 -i ∈ ℂ
85 subeq0 10760 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ -i ∈ ℂ) → ((𝐴 − -i) = 0 ↔ 𝐴 = -i))
8685necon3bid 3028 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ -i ∈ ℂ) → ((𝐴 − -i) ≠ 0 ↔ 𝐴 ≠ -i))
8722, 84, 86sylancl 586 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((𝐴 − -i) ≠ 0 ↔ 𝐴 ≠ -i))
8883, 87mpbird 258 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 − -i) ≠ 0)
8981, 88eqnetrrd 3052 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 + i) ≠ 0)
9037, 79, 79, 89divsubdird 11303 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) − (𝐴 + i)) / (𝐴 + i)) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − ((𝐴 + i) / (𝐴 + i))))
9174, 77, 903eqtr3d 2839 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → ((1 + (i · 𝐴)) / (1 − (i · 𝐴))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − ((𝐴 + i) / (𝐴 + i))))
9279, 89dividd 11262 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((𝐴 + i) / (𝐴 + i)) = 1)
9392oveq2d 7032 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) / (𝐴 + i)) − ((𝐴 + i) / (𝐴 + i))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1))
9450, 91, 933eqtrd 2835 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(log‘(1 + (i · 𝐴)))) / (exp‘(log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1))
9543, 45, 943eqtrd 2835 1 (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 207  wa 396   = wceq 1522  wcel 2081  wne 2984  dom cdm 5443  cfv 6225  (class class class)co 7016  cc 10381  0cc0 10383  1c1 10384  ici 10385   + caddc 10386   · cmul 10388  cmin 10717  -cneg 10718   / cdiv 11145  2c2 11540  expce 15248  logclog 24819  arctancatan 25123
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1777  ax-4 1791  ax-5 1888  ax-6 1947  ax-7 1992  ax-8 2083  ax-9 2091  ax-10 2112  ax-11 2126  ax-12 2141  ax-13 2344  ax-ext 2769  ax-rep 5081  ax-sep 5094  ax-nul 5101  ax-pow 5157  ax-pr 5221  ax-un 7319  ax-inf2 8950  ax-cnex 10439  ax-resscn 10440  ax-1cn 10441  ax-icn 10442  ax-addcl 10443  ax-addrcl 10444  ax-mulcl 10445  ax-mulrcl 10446  ax-mulcom 10447  ax-addass 10448  ax-mulass 10449  ax-distr 10450  ax-i2m1 10451  ax-1ne0 10452  ax-1rid 10453  ax-rnegex 10454  ax-rrecex 10455  ax-cnre 10456  ax-pre-lttri 10457  ax-pre-lttrn 10458  ax-pre-ltadd 10459  ax-pre-mulgt0 10460  ax-pre-sup 10461  ax-addf 10462  ax-mulf 10463
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 843  df-3or 1081  df-3an 1082  df-tru 1525  df-fal 1535  df-ex 1762  df-nf 1766  df-sb 2043  df-mo 2576  df-eu 2612  df-clab 2776  df-cleq 2788  df-clel 2863  df-nfc 2935  df-ne 2985  df-nel 3091  df-ral 3110  df-rex 3111  df-reu 3112  df-rmo 3113  df-rab 3114  df-v 3439  df-sbc 3707  df-csb 3812  df-dif 3862  df-un 3864  df-in 3866  df-ss 3874  df-pss 3876  df-nul 4212  df-if 4382  df-pw 4455  df-sn 4473  df-pr 4475  df-tp 4477  df-op 4479  df-uni 4746  df-int 4783  df-iun 4827  df-iin 4828  df-br 4963  df-opab 5025  df-mpt 5042  df-tr 5064  df-id 5348  df-eprel 5353  df-po 5362  df-so 5363  df-fr 5402  df-se 5403  df-we 5404  df-xp 5449  df-rel 5450  df-cnv 5451  df-co 5452  df-dm 5453  df-rn 5454  df-res 5455  df-ima 5456  df-pred 6023  df-ord 6069  df-on 6070  df-lim 6071  df-suc 6072  df-iota 6189  df-fun 6227  df-fn 6228  df-f 6229  df-f1 6230  df-fo 6231  df-f1o 6232  df-fv 6233  df-isom 6234  df-riota 6977  df-ov 7019  df-oprab 7020  df-mpo 7021  df-of 7267  df-om 7437  df-1st 7545  df-2nd 7546  df-supp 7682  df-wrecs 7798  df-recs 7860  df-rdg 7898  df-1o 7953  df-2o 7954  df-oadd 7957  df-er 8139  df-map 8258  df-pm 8259  df-ixp 8311  df-en 8358  df-dom 8359  df-sdom 8360  df-fin 8361  df-fsupp 8680  df-fi 8721  df-sup 8752  df-inf 8753  df-oi 8820  df-card 9214  df-pnf 10523  df-mnf 10524  df-xr 10525  df-ltxr 10526  df-le 10527  df-sub 10719  df-neg 10720  df-div 11146  df-nn 11487  df-2 11548  df-3 11549  df-4 11550  df-5 11551  df-6 11552  df-7 11553  df-8 11554  df-9 11555  df-n0 11746  df-z 11830  df-dec 11948  df-uz 12094  df-q 12198  df-rp 12240  df-xneg 12357  df-xadd 12358  df-xmul 12359  df-ioo 12592  df-ioc 12593  df-ico 12594  df-icc 12595  df-fz 12743  df-fzo 12884  df-fl 13012  df-mod 13088  df-seq 13220  df-exp 13280  df-fac 13484  df-bc 13513  df-hash 13541  df-shft 14260  df-cj 14292  df-re 14293  df-im 14294  df-sqrt 14428  df-abs 14429  df-limsup 14662  df-clim 14679  df-rlim 14680  df-sum 14877  df-ef 15254  df-sin 15256  df-cos 15257  df-pi 15259  df-struct 16314  df-ndx 16315  df-slot 16316  df-base 16318  df-sets 16319  df-ress 16320  df-plusg 16407  df-mulr 16408  df-starv 16409  df-sca 16410  df-vsca 16411  df-ip 16412  df-tset 16413  df-ple 16414  df-ds 16416  df-unif 16417  df-hom 16418  df-cco 16419  df-rest 16525  df-topn 16526  df-0g 16544  df-gsum 16545  df-topgen 16546  df-pt 16547  df-prds 16550  df-xrs 16604  df-qtop 16609  df-imas 16610  df-xps 16612  df-mre 16686  df-mrc 16687  df-acs 16689  df-mgm 17681  df-sgrp 17723  df-mnd 17734  df-submnd 17775  df-mulg 17982  df-cntz 18188  df-cmn 18635  df-psmet 20219  df-xmet 20220  df-met 20221  df-bl 20222  df-mopn 20223  df-fbas 20224  df-fg 20225  df-cnfld 20228  df-top 21186  df-topon 21203  df-topsp 21225  df-bases 21238  df-cld 21311  df-ntr 21312  df-cls 21313  df-nei 21390  df-lp 21428  df-perf 21429  df-cn 21519  df-cnp 21520  df-haus 21607  df-tx 21854  df-hmeo 22047  df-fil 22138  df-fm 22230  df-flim 22231  df-flf 22232  df-xms 22613  df-ms 22614  df-tms 22615  df-cncf 23169  df-limc 24147  df-dv 24148  df-log 24821  df-atan 25126
This theorem is referenced by:  tanatan  25178
  Copyright terms: Public domain W3C validator