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

Theorem atanlogadd 24863
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
StepHypRef Expression
1 0red 10244 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → 0 ∈ ℝ)
2 atandm2 24826 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
32simp1bi 1139 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈ ℂ)
43recld 14143 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℜ‘𝐴) ∈ ℝ)
5 atanlogaddlem 24862 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)
6 ax-1cn 10197 . . . . . . . 8 1 ∈ ℂ
7 ax-icn 10198 . . . . . . . . 9 i ∈ ℂ
8 mulcl 10223 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
97, 3, 8sylancr 569 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
10 addcl 10221 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
116, 9, 10sylancr 569 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
122simp3bi 1141 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
1311, 12logcld 24539 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
14 subcl 10483 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
156, 9, 14sylancr 569 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
162simp2bi 1140 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
1715, 16logcld 24539 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
1813, 17addcomd 10441 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) + (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
19 mulneg2 10670 . . . . . . . . . 10 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
207, 3, 19sylancr 569 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
2120oveq2d 6810 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 + -(i · 𝐴)))
22 negsub 10532 . . . . . . . . 9 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
236, 9, 22sylancr 569 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
2421, 23eqtrd 2805 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
2524fveq2d 6337 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · -𝐴))) = (log‘(1 − (i · 𝐴))))
2620oveq2d 6810 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 − -(i · 𝐴)))
27 subneg 10533 . . . . . . . . 9 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
286, 9, 27sylancr 569 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2926, 28eqtrd 2805 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
3029fveq2d 6337 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · -𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
3125, 30oveq12d 6812 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) + (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
3218, 31eqtr4d 2808 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))))
3332adantr 466 . . 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 24855 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → -𝐴 ∈ dom arctan)
3534adantr 466 . . . 4 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → -𝐴 ∈ dom arctan)
364le0neg1d 10802 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((ℜ‘𝐴) ≤ 0 ↔ 0 ≤ -(ℜ‘𝐴)))
3736biimpa 462 . . . . 5 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → 0 ≤ -(ℜ‘𝐴))
383renegd 14158 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℜ‘-𝐴) = -(ℜ‘𝐴))
3938adantr 466 . . . . 5 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → (ℜ‘-𝐴) = -(ℜ‘𝐴))
4037, 39breqtrrd 4815 . . . 4 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → 0 ≤ (ℜ‘-𝐴))
41 atanlogaddlem 24862 . . . 4 ((-𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 ≤ (ℜ‘-𝐴)) → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))) ∈ ran log)
4235, 40, 41syl2anc 567 . . 3 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) + (log‘(1 − (i · -𝐴)))) ∈ ran log)
4333, 42eqeltrd 2850 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≤ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)
441, 4, 5, 43lecasei 10346 1 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) + (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1631  wcel 2145  wne 2943   class class class wbr 4787  dom cdm 5250  ran crn 5251  cfv 6032  (class class class)co 6794  cc 10137  0cc0 10139  1c1 10140  ici 10141   + caddc 10142   · cmul 10144  cle 10278  cmin 10469  -cneg 10470  cre 14046  logclog 24523  arctancatan 24813
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4905  ax-sep 4916  ax-nul 4924  ax-pow 4975  ax-pr 5035  ax-un 7097  ax-inf2 8703  ax-cnex 10195  ax-resscn 10196  ax-1cn 10197  ax-icn 10198  ax-addcl 10199  ax-addrcl 10200  ax-mulcl 10201  ax-mulrcl 10202  ax-mulcom 10203  ax-addass 10204  ax-mulass 10205  ax-distr 10206  ax-i2m1 10207  ax-1ne0 10208  ax-1rid 10209  ax-rnegex 10210  ax-rrecex 10211  ax-cnre 10212  ax-pre-lttri 10213  ax-pre-lttrn 10214  ax-pre-ltadd 10215  ax-pre-mulgt0 10216  ax-pre-sup 10217  ax-addf 10218  ax-mulf 10219
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 829  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-fal 1637  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3589  df-csb 3684  df-dif 3727  df-un 3729  df-in 3731  df-ss 3738  df-pss 3740  df-nul 4065  df-if 4227  df-pw 4300  df-sn 4318  df-pr 4320  df-tp 4322  df-op 4324  df-uni 4576  df-int 4613  df-iun 4657  df-iin 4658  df-br 4788  df-opab 4848  df-mpt 4865  df-tr 4888  df-id 5158  df-eprel 5163  df-po 5171  df-so 5172  df-fr 5209  df-se 5210  df-we 5211  df-xp 5256  df-rel 5257  df-cnv 5258  df-co 5259  df-dm 5260  df-rn 5261  df-res 5262  df-ima 5263  df-pred 5824  df-ord 5870  df-on 5871  df-lim 5872  df-suc 5873  df-iota 5995  df-fun 6034  df-fn 6035  df-f 6036  df-f1 6037  df-fo 6038  df-f1o 6039  df-fv 6040  df-isom 6041  df-riota 6755  df-ov 6797  df-oprab 6798  df-mpt2 6799  df-of 7045  df-om 7214  df-1st 7316  df-2nd 7317  df-supp 7448  df-wrecs 7560  df-recs 7622  df-rdg 7660  df-1o 7714  df-2o 7715  df-oadd 7718  df-er 7897  df-map 8012  df-pm 8013  df-ixp 8064  df-en 8111  df-dom 8112  df-sdom 8113  df-fin 8114  df-fsupp 8433  df-fi 8474  df-sup 8505  df-inf 8506  df-oi 8572  df-card 8966  df-cda 9193  df-pnf 10279  df-mnf 10280  df-xr 10281  df-ltxr 10282  df-le 10283  df-sub 10471  df-neg 10472  df-div 10888  df-nn 11224  df-2 11282  df-3 11283  df-4 11284  df-5 11285  df-6 11286  df-7 11287  df-8 11288  df-9 11289  df-n0 11496  df-z 11581  df-dec 11697  df-uz 11890  df-q 11993  df-rp 12037  df-xneg 12152  df-xadd 12153  df-xmul 12154  df-ioo 12385  df-ioc 12386  df-ico 12387  df-icc 12388  df-fz 12535  df-fzo 12675  df-fl 12802  df-mod 12878  df-seq 13010  df-exp 13069  df-fac 13266  df-bc 13295  df-hash 13323  df-shft 14016  df-cj 14048  df-re 14049  df-im 14050  df-sqrt 14184  df-abs 14185  df-limsup 14411  df-clim 14428  df-rlim 14429  df-sum 14626  df-ef 15005  df-sin 15007  df-cos 15008  df-pi 15010  df-struct 16067  df-ndx 16068  df-slot 16069  df-base 16071  df-sets 16072  df-ress 16073  df-plusg 16163  df-mulr 16164  df-starv 16165  df-sca 16166  df-vsca 16167  df-ip 16168  df-tset 16169  df-ple 16170  df-ds 16173  df-unif 16174  df-hom 16175  df-cco 16176  df-rest 16292  df-topn 16293  df-0g 16311  df-gsum 16312  df-topgen 16313  df-pt 16314  df-prds 16317  df-xrs 16371  df-qtop 16376  df-imas 16377  df-xps 16379  df-mre 16455  df-mrc 16456  df-acs 16458  df-mgm 17451  df-sgrp 17493  df-mnd 17504  df-submnd 17545  df-mulg 17750  df-cntz 17958  df-cmn 18403  df-psmet 19954  df-xmet 19955  df-met 19956  df-bl 19957  df-mopn 19958  df-fbas 19959  df-fg 19960  df-cnfld 19963  df-top 20920  df-topon 20937  df-topsp 20959  df-bases 20972  df-cld 21045  df-ntr 21046  df-cls 21047  df-nei 21124  df-lp 21162  df-perf 21163  df-cn 21253  df-cnp 21254  df-haus 21341  df-tx 21587  df-hmeo 21780  df-fil 21871  df-fm 21963  df-flim 21964  df-flf 21965  df-xms 22346  df-ms 22347  df-tms 22348  df-cncf 22902  df-limc 23851  df-dv 23852  df-log 24525  df-atan 24816
This theorem is referenced by:  efiatan2  24866
  Copyright terms: Public domain W3C validator