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

Theorem atanbndlem 25506
Description: Lemma for atanbnd 25507. (Contributed by Mario Carneiro, 5-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
atanbndlem (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)))

Proof of Theorem atanbndlem
StepHypRef Expression
1 rpre 12400 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+𝐴 ∈ ℝ)
2 atanrecl 25492 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ → (arctan‘𝐴) ∈ ℝ)
31, 2syl 17 . 2 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) ∈ ℝ)
4 picn 25048 . . . 4 π ∈ ℂ
5 2cn 11715 . . . 4 2 ∈ ℂ
6 2ne0 11744 . . . 4 2 ≠ 0
7 divneg 11335 . . . 4 ((π ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) → -(π / 2) = (-π / 2))
84, 5, 6, 7mp3an 1457 . . 3 -(π / 2) = (-π / 2)
9 ax-1cn 10598 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℂ
10 ax-icn 10599 . . . . . . . . . . . . 13 i ∈ ℂ
111recnd 10672 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+𝐴 ∈ ℂ)
12 mulcl 10624 . . . . . . . . . . . . 13 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
1310, 11, 12sylancr 589 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
14 addcl 10622 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
159, 13, 14sylancr 589 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
16 atanre 25466 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ dom arctan)
171, 16syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+𝐴 ∈ dom arctan)
18 atandm2 25458 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
1917, 18sylib 220 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
2019simp3d 1140 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
2115, 20logcld 25157 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
22 subcl 10888 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
239, 13, 22sylancr 589 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
2419simp2d 1139 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
2523, 24logcld 25157 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
2621, 25subcld 11000 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
27 imre 14470 . . . . . . . . 9 (((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℜ‘(-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))))
2826, 27syl 17 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℜ‘(-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))))
29 atanval 25465 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ dom arctan → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
3017, 29syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
3130oveq2d 7175 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (2 · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
3210, 5, 6divcan2i 11386 . . . . . . . . . . . . . 14 (2 · (i / 2)) = i
3332oveq1i 7169 . . . . . . . . . . . . 13 ((2 · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
34 2re 11714 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℝ
3534a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ ℝ+ → 2 ∈ ℝ)
3635recnd 10672 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ+ → 2 ∈ ℂ)
37 halfcl 11865 . . . . . . . . . . . . . . 15 (i ∈ ℂ → (i / 2) ∈ ℂ)
3810, 37mp1i 13 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i / 2) ∈ ℂ)
3925, 21subcld 11000 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
4036, 38, 39mulassd 10667 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((2 · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (2 · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
4133, 40syl5eqr 2873 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (2 · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
4231, 41eqtr4d 2862 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
4321, 25negsubdi2d 11016 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
4443oveq2d 7175 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
4542, 44eqtr4d 2862 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
46 mulneg12 11081 . . . . . . . . . . 11 ((i ∈ ℂ ∧ ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ) → (-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4710, 26, 46sylancr 589 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4845, 47eqtr4d 2862 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4948fveq2d 6677 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℜ‘(2 · (arctan‘𝐴))) = (ℜ‘(-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))))
50 remulcl 10625 . . . . . . . . . 10 ((2 ∈ ℝ ∧ (arctan‘𝐴) ∈ ℝ) → (2 · (arctan‘𝐴)) ∈ ℝ)
5134, 3, 50sylancr 589 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) ∈ ℝ)
5251rered 14586 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℜ‘(2 · (arctan‘𝐴))) = (2 · (arctan‘𝐴)))
5328, 49, 523eqtr2rd 2866 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
54 rpgt0 12404 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → 0 < 𝐴)
551rered 14586 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℜ‘𝐴) = 𝐴)
5654, 55breqtrrd 5097 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → 0 < (ℜ‘𝐴))
57 atanlogsublem 25496 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 < (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
5817, 56, 57syl2anc 586 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
5953, 58eqeltrd 2916 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) ∈ (-π(,)π))
60 eliooord 12799 . . . . . 6 ((2 · (arctan‘𝐴)) ∈ (-π(,)π) → (-π < (2 · (arctan‘𝐴)) ∧ (2 · (arctan‘𝐴)) < π))
6159, 60syl 17 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ+ → (-π < (2 · (arctan‘𝐴)) ∧ (2 · (arctan‘𝐴)) < π))
6261simpld 497 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ+ → -π < (2 · (arctan‘𝐴)))
63 pire 25047 . . . . . . 7 π ∈ ℝ
6463renegcli 10950 . . . . . 6 -π ∈ ℝ
6564a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ+ → -π ∈ ℝ)
66 2pos 11743 . . . . . 6 0 < 2
6766a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ+ → 0 < 2)
68 ltdivmul 11518 . . . . 5 ((-π ∈ ℝ ∧ (arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((-π / 2) < (arctan‘𝐴) ↔ -π < (2 · (arctan‘𝐴))))
6965, 3, 35, 67, 68syl112anc 1370 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((-π / 2) < (arctan‘𝐴) ↔ -π < (2 · (arctan‘𝐴))))
7062, 69mpbird 259 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+ → (-π / 2) < (arctan‘𝐴))
718, 70eqbrtrid 5104 . 2 (𝐴 ∈ ℝ+ → -(π / 2) < (arctan‘𝐴))
7261simprd 498 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) < π)
7363a1i 11 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ+ → π ∈ ℝ)
74 ltmuldiv2 11517 . . . 4 (((arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((2 · (arctan‘𝐴)) < π ↔ (arctan‘𝐴) < (π / 2)))
753, 73, 35, 67, 74syl112anc 1370 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((2 · (arctan‘𝐴)) < π ↔ (arctan‘𝐴) < (π / 2)))
7672, 75mpbid 234 . 2 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) < (π / 2))
77 halfpire 25053 . . . . 5 (π / 2) ∈ ℝ
7877renegcli 10950 . . . 4 -(π / 2) ∈ ℝ
7978rexri 10702 . . 3 -(π / 2) ∈ ℝ*
8077rexri 10702 . . 3 (π / 2) ∈ ℝ*
81 elioo2 12782 . . 3 ((-(π / 2) ∈ ℝ* ∧ (π / 2) ∈ ℝ*) → ((arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)) ↔ ((arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ -(π / 2) < (arctan‘𝐴) ∧ (arctan‘𝐴) < (π / 2))))
8279, 80, 81mp2an 690 . 2 ((arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)) ↔ ((arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ -(π / 2) < (arctan‘𝐴) ∧ (arctan‘𝐴) < (π / 2)))
833, 71, 76, 82syl3anbrc 1339 1 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 208  wa 398  w3a 1083   = wceq 1536  wcel 2113  wne 3019   class class class wbr 5069  dom cdm 5558  cfv 6358  (class class class)co 7159  cc 10538  cr 10539  0cc0 10540  1c1 10541  ici 10542   + caddc 10543   · cmul 10545  *cxr 10677   < clt 10678  cmin 10873  -cneg 10874   / cdiv 11300  2c2 11695  +crp 12392  (,)cioo 12741  cre 14459  cim 14460  πcpi 15423  logclog 25141  arctancatan 25445
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1969  ax-7 2014  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2144  ax-11 2160  ax-12 2176  ax-ext 2796  ax-rep 5193  ax-sep 5206  ax-nul 5213  ax-pow 5269  ax-pr 5333  ax-un 7464  ax-inf2 9107  ax-cnex 10596  ax-resscn 10597  ax-1cn 10598  ax-icn 10599  ax-addcl 10600  ax-addrcl 10601  ax-mulcl 10602  ax-mulrcl 10603  ax-mulcom 10604  ax-addass 10605  ax-mulass 10606  ax-distr 10607  ax-i2m1 10608  ax-1ne0 10609  ax-1rid 10610  ax-rnegex 10611  ax-rrecex 10612  ax-cnre 10613  ax-pre-lttri 10614  ax-pre-lttrn 10615  ax-pre-ltadd 10616  ax-pre-mulgt0 10617  ax-pre-sup 10618  ax-addf 10619  ax-mulf 10620
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1539  df-fal 1549  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2069  df-mo 2621  df-eu 2653  df-clab 2803  df-cleq 2817  df-clel 2896  df-nfc 2966  df-ne 3020  df-nel 3127  df-ral 3146  df-rex 3147  df-reu 3148  df-rmo 3149  df-rab 3150  df-v 3499  df-sbc 3776  df-csb 3887  df-dif 3942  df-un 3944  df-in 3946  df-ss 3955  df-pss 3957  df-nul 4295  df-if 4471  df-pw 4544  df-sn 4571  df-pr 4573  df-tp 4575  df-op 4577  df-uni 4842  df-int 4880  df-iun 4924  df-iin 4925  df-br 5070  df-opab 5132  df-mpt 5150  df-tr 5176  df-id 5463  df-eprel 5468  df-po 5477  df-so 5478  df-fr 5517  df-se 5518  df-we 5519  df-xp 5564  df-rel 5565  df-cnv 5566  df-co 5567  df-dm 5568  df-rn 5569  df-res 5570  df-ima 5571  df-pred 6151  df-ord 6197  df-on 6198  df-lim 6199  df-suc 6200  df-iota 6317  df-fun 6360  df-fn 6361  df-f 6362  df-f1 6363  df-fo 6364  df-f1o 6365  df-fv 6366  df-isom 6367  df-riota 7117  df-ov 7162  df-oprab 7163  df-mpo 7164  df-of 7412  df-om 7584  df-1st 7692  df-2nd 7693  df-supp 7834  df-wrecs 7950  df-recs 8011  df-rdg 8049  df-1o 8105  df-2o 8106  df-oadd 8109  df-er 8292  df-map 8411  df-pm 8412  df-ixp 8465  df-en 8513  df-dom 8514  df-sdom 8515  df-fin 8516  df-fsupp 8837  df-fi 8878  df-sup 8909  df-inf 8910  df-oi 8977  df-card 9371  df-pnf 10680  df-mnf 10681  df-xr 10682  df-ltxr 10683  df-le 10684  df-sub 10875  df-neg 10876  df-div 11301  df-nn 11642  df-2 11703  df-3 11704  df-4 11705  df-5 11706  df-6 11707  df-7 11708  df-8 11709  df-9 11710  df-n0 11901  df-z 11985  df-dec 12102  df-uz 12247  df-q 12352  df-rp 12393  df-xneg 12510  df-xadd 12511  df-xmul 12512  df-ioo 12745  df-ioc 12746  df-ico 12747  df-icc 12748  df-fz 12896  df-fzo 13037  df-fl 13165  df-mod 13241  df-seq 13373  df-exp 13433  df-fac 13637  df-bc 13666  df-hash 13694  df-shft 14429  df-cj 14461  df-re 14462  df-im 14463  df-sqrt 14597  df-abs 14598  df-limsup 14831  df-clim 14848  df-rlim 14849  df-sum 15046  df-ef 15424  df-sin 15426  df-cos 15427  df-tan 15428  df-pi 15429  df-struct 16488  df-ndx 16489  df-slot 16490  df-base 16492  df-sets 16493  df-ress 16494  df-plusg 16581  df-mulr 16582  df-starv 16583  df-sca 16584  df-vsca 16585  df-ip 16586  df-tset 16587  df-ple 16588  df-ds 16590  df-unif 16591  df-hom 16592  df-cco 16593  df-rest 16699  df-topn 16700  df-0g 16718  df-gsum 16719  df-topgen 16720  df-pt 16721  df-prds 16724  df-xrs 16778  df-qtop 16783  df-imas 16784  df-xps 16786  df-mre 16860  df-mrc 16861  df-acs 16863  df-mgm 17855  df-sgrp 17904  df-mnd 17915  df-submnd 17960  df-mulg 18228  df-cntz 18450  df-cmn 18911  df-psmet 20540  df-xmet 20541  df-met 20542  df-bl 20543  df-mopn 20544  df-fbas 20545  df-fg 20546  df-cnfld 20549  df-top 21505  df-topon 21522  df-topsp 21544  df-bases 21557  df-cld 21630  df-ntr 21631  df-cls 21632  df-nei 21709  df-lp 21747  df-perf 21748  df-cn 21838  df-cnp 21839  df-haus 21926  df-tx 22173  df-hmeo 22366  df-fil 22457  df-fm 22549  df-flim 22550  df-flf 22551  df-xms 22933  df-ms 22934  df-tms 22935  df-cncf 23489  df-limc 24467  df-dv 24468  df-log 25143  df-atan 25448
This theorem is referenced by:  atanbnd  25507
  Copyright terms: Public domain W3C validator