Theorem atanlogadd 25600

Description: The rule √(𝑧𝑤) = (√𝑧)(√𝑤) is not always true on the complex numbers, but it is true when the arguments of 𝑧 and 𝑤 sum to within the interval (-π, π], so there are some cases such as this one with 𝑧 = 1 + i𝐴 and 𝑤 = 1 − i𝐴 which are true unconditionally. This result can also be stated as "√(1 + 𝑧) + √(1 − 𝑧) is analytic". (Contributed by Mario Carneiro, 3-Apr-2015.)

Assertion

Ref	Expression
atanlogadd	⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)

Proof of Theorem atanlogadd

Step	Hyp	Ref	Expression
1		0red 10683	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → 0 ∈ ℝ)
2		atandm2 25563	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
3	2	simp1bi 1143	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈ ℂ)
4	3	recld 14602	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (ℜ‘𝐴) ∈ ℝ)
5		atanlogaddlem 25599	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)
6		ax-1cn 10634	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℂ
7		ax-icn 10635	. . . . . . . . 9 ⊢ i ∈ ℂ
8		mulcl 10660	. . . . . . . . 9 ⊢ ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
9	7, 3, 8	sylancr 591	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
10		addcl 10658	. . . . . . . 8 ⊢ ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
11	6, 9, 10	sylancr 591	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
12	2	simp3bi 1145	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
13	11, 12	logcld 25262	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
14		subcl 10924	. . . . . . . 8 ⊢ ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
15	6, 9, 14	sylancr 591	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
16	2	simp2bi 1144	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
17	15, 16	logcld 25262	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
18	13, 17	addcomd 10881	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) + (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
19		mulneg2 11116	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
20	7, 3, 19	sylancr 591	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
21	20	oveq2d 7167	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 + -(i · 𝐴)))
22		negsub 10973	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
23	6, 9, 22	sylancr 591	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
24	21, 23	eqtrd 2794	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
25	24	fveq2d 6663	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · -𝐴))) = (log‘(1 − (i · 𝐴))))
26	20	oveq2d 7167	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 − -(i · 𝐴)))
27		subneg 10974	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
28	6, 9, 27	sylancr 591	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
29	26, 28	eqtrd 2794	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
30	29	fveq2d 6663	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · -𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
31	25, 30	oveq12d 7169	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) + (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
32	18, 31	eqtr4d 2797	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))))
33	32	adantr 485	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))))
34		atandmneg 25592	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → -𝐴 ∈ dom arctan)
35	4	le0neg1d 11250	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → ((ℜ‘𝐴) ≤ 0 ↔ 0 ≤ -(ℜ‘𝐴)))
36	35	biimpa 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → 0 ≤ -(ℜ‘𝐴))
37	3	renegd 14617	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (ℜ‘-𝐴) = -(ℜ‘𝐴))
38	37	adantr 485	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → (ℜ‘-𝐴) = -(ℜ‘𝐴))
39	36, 38	breqtrrd 5061	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → 0 ≤ (ℜ‘-𝐴))
40		atanlogaddlem 25599	. . . 4 ⊢ ((-𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 ≤ (ℜ‘-𝐴)) → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))) ∈ ran log)
41	34, 39, 40	syl2an2r 685	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))) ∈ ran log)
42	33, 41	eqeltrd 2853	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)
43	1, 4, 5, 42	lecasei 10785	1 ⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   = wceq 1539   ∈ wcel 2112   ≠ wne 2952   class class class wbr 5033  dom cdm 5525  ran crn 5526  ‘cfv 6336  (class class class)co 7151  ℂcc 10574  0cc0 10576  1c1 10577  ici 10578   + caddc 10579   · cmul 10581   ≤ cle 10715   − cmin 10909  -cneg 10910  ℜcre 14505  logclog 25246  arctancatan 25550

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1912  ax-6 1971  ax-7 2016  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2730  ax-rep 5157  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5235  ax-pr 5299  ax-un 7460  ax-inf2 9138  ax-cnex 10632  ax-resscn 10633  ax-1cn 10634  ax-icn 10635  ax-addcl 10636  ax-addrcl 10637  ax-mulcl 10638  ax-mulrcl 10639  ax-mulcom 10640  ax-addass 10641  ax-mulass 10642  ax-distr 10643  ax-i2m1 10644  ax-1ne0 10645  ax-1rid 10646  ax-rnegex 10647  ax-rrecex 10648  ax-cnre 10649  ax-pre-lttri 10650  ax-pre-lttrn 10651  ax-pre-ltadd 10652  ax-pre-mulgt0 10653  ax-pre-sup 10654  ax-addf 10655  ax-mulf 10656

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 846  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2071  df-mo 2558  df-eu 2589  df-clab 2737  df-cleq 2751  df-clel 2831  df-nfc 2902  df-ne 2953  df-nel 3057  df-ral 3076  df-rex 3077  df-reu 3078  df-rmo 3079  df-rab 3080  df-v 3412  df-sbc 3698  df-csb 3807  df-dif 3862  df-un 3864  df-in 3866  df-ss 3876  df-pss 3878  df-nul 4227  df-if 4422  df-pw 4497  df-sn 4524  df-pr 4526  df-tp 4528  df-op 4530  df-uni 4800  df-int 4840  df-iun 4886  df-iin 4887  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5431  df-eprel 5436  df-po 5444  df-so 5445  df-fr 5484  df-se 5485  df-we 5486  df-xp 5531  df-rel 5532  df-cnv 5533  df-co 5534  df-dm 5535  df-rn 5536  df-res 5537  df-ima 5538  df-pred 6127  df-ord 6173  df-on 6174  df-lim 6175  df-suc 6176  df-iota 6295  df-fun 6338  df-fn 6339  df-f 6340  df-f1 6341  df-fo 6342  df-f1o 6343  df-fv 6344  df-isom 6345  df-riota 7109  df-ov 7154  df-oprab 7155  df-mpo 7156  df-of 7406  df-om 7581  df-1st 7694  df-2nd 7695  df-supp 7837  df-wrecs 7958  df-recs 8019  df-rdg 8057  df-1o 8113  df-2o 8114  df-er 8300  df-map 8419  df-pm 8420  df-ixp 8481  df-en 8529  df-dom 8530  df-sdom 8531  df-fin 8532  df-fsupp 8868  df-fi 8909  df-sup 8940  df-inf 8941  df-oi 9008  df-card 9402  df-pnf 10716  df-mnf 10717  df-xr 10718  df-ltxr 10719  df-le 10720  df-sub 10911  df-neg 10912  df-div 11337  df-nn 11676  df-2 11738  df-3 11739  df-4 11740  df-5 11741  df-6 11742  df-7 11743  df-8 11744  df-9 11745  df-n0 11936  df-z 12022  df-dec 12139  df-uz 12284  df-q 12390  df-rp 12432  df-xneg 12549  df-xadd 12550  df-xmul 12551  df-ioo 12784  df-ioc 12785  df-ico 12786  df-icc 12787  df-fz 12941  df-fzo 13084  df-fl 13212  df-mod 13288  df-seq 13420  df-exp 13481  df-fac 13685  df-bc 13714  df-hash 13742  df-shft 14475  df-cj 14507  df-re 14508  df-im 14509  df-sqrt 14643  df-abs 14644  df-limsup 14877  df-clim 14894  df-rlim 14895  df-sum 15092  df-ef 15470  df-sin 15472  df-cos 15473  df-pi 15475  df-struct 16544  df-ndx 16545  df-slot 16546  df-base 16548  df-sets 16549  df-ress 16550  df-plusg 16637  df-mulr 16638  df-starv 16639  df-sca 16640  df-vsca 16641  df-ip 16642  df-tset 16643  df-ple 16644  df-ds 16646  df-unif 16647  df-hom 16648  df-cco 16649  df-rest 16755  df-topn 16756  df-0g 16774  df-gsum 16775  df-topgen 16776  df-pt 16777  df-prds 16780  df-xrs 16834  df-qtop 16839  df-imas 16840  df-xps 16842  df-mre 16916  df-mrc 16917  df-acs 16919  df-mgm 17919  df-sgrp 17968  df-mnd 17979  df-submnd 18024  df-mulg 18293  df-cntz 18515  df-cmn 18976  df-psmet 20159  df-xmet 20160  df-met 20161  df-bl 20162  df-mopn 20163  df-fbas 20164  df-fg 20165  df-cnfld 20168  df-top 21595  df-topon 21612  df-topsp 21634  df-bases 21647  df-cld 21720  df-ntr 21721  df-cls 21722  df-nei 21799  df-lp 21837  df-perf 21838  df-cn 21928  df-cnp 21929  df-haus 22016  df-tx 22263  df-hmeo 22456  df-fil 22547  df-fm 22639  df-flim 22640  df-flf 22641  df-xms 23023  df-ms 23024  df-tms 23025  df-cncf 23580  df-limc 24566  df-dv 24567  df-log 25248  df-atan 25553

This theorem is referenced by:  efiatan2  25603