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

Theorem atanlogsub 26894
Description: A variation on atanlogadd 26892, to show that √(1 + i𝑧) / √(1 − i𝑧) = √((1 + i𝑧) / (1 − i𝑧)) under more limited conditions. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
atanlogsub ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)

Proof of Theorem atanlogsub
StepHypRef Expression
1 ax-1cn 11096 . . . . . 6 1 ∈ ℂ
2 ax-icn 11097 . . . . . . 7 i ∈ ℂ
3 atandm2 26855 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
43simp1bi 1146 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈ ℂ)
5 mulcl 11122 . . . . . . 7 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
62, 4, 5sylancr 588 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
7 addcl 11120 . . . . . 6 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
81, 6, 7sylancr 588 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
93simp3bi 1148 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
108, 9logcld 26547 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
11 subcl 11391 . . . . . 6 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
121, 6, 11sylancr 588 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
133simp2bi 1147 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
1412, 13logcld 26547 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
1510, 14subcld 11504 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
1615adantr 480 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
174recld 15129 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℜ‘𝐴) ∈ ℝ)
18 0re 11146 . . . . . . 7 0 ∈ ℝ
19 lttri2 11227 . . . . . . 7 (((ℜ‘𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((ℜ‘𝐴) ≠ 0 ↔ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))))
2017, 18, 19sylancl 587 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((ℜ‘𝐴) ≠ 0 ↔ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))))
2120biimpa 476 . . . . 5 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴)))
2215imnegd 15145 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℑ‘-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
2310, 14negsubdi2d 11520 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan → -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
24 mulneg2 11586 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
252, 4, 24sylancr 588 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
2625oveq2d 7384 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 + -(i · 𝐴)))
27 negsub 11441 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
281, 6, 27sylancr 588 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
2926, 28eqtrd 2772 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
3029fveq2d 6846 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · -𝐴))) = (log‘(1 − (i · 𝐴))))
3125oveq2d 7384 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 − -(i · 𝐴)))
32 subneg 11442 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
331, 6, 32sylancr 588 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
3431, 33eqtrd 2772 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
3534fveq2d 6846 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · -𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
3630, 35oveq12d 7386 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
3723, 36eqtr4d 2775 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ dom arctan → -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴)))))
3837fveq2d 6846 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℑ‘-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))))
3922, 38eqtr3d 2774 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))))
4039adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))))
41 atandmneg 26884 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → -𝐴 ∈ dom arctan)
4217lt0neg1d 11718 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan → ((ℜ‘𝐴) < 0 ↔ 0 < -(ℜ‘𝐴)))
4342biimpa 476 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → 0 < -(ℜ‘𝐴))
444adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → 𝐴 ∈ ℂ)
4544renegd 15144 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℜ‘-𝐴) = -(ℜ‘𝐴))
4643, 45breqtrrd 5128 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → 0 < (ℜ‘-𝐴))
47 atanlogsublem 26893 . . . . . . . . . 10 ((-𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 < (ℜ‘-𝐴)) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
4841, 46, 47syl2an2r 686 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
49 picn 26435 . . . . . . . . . . 11 π ∈ ℂ
5049negnegi 11463 . . . . . . . . . 10 --π = π
5150oveq2i 7379 . . . . . . . . 9 (-π(,)--π) = (-π(,)π)
5248, 51eleqtrrdi 2848 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))) ∈ (-π(,)--π))
5340, 52eqeltrd 2837 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)--π))
54 pire 26434 . . . . . . . . 9 π ∈ ℝ
5554renegcli 11454 . . . . . . . 8 -π ∈ ℝ
5615adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
5756imcld 15130 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ ℝ)
58 iooneg 13399 . . . . . . . 8 ((-π ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ ℝ) → ((ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π) ↔ -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)--π)))
5955, 54, 57, 58mp3an12i 1468 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → ((ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π) ↔ -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)--π)))
6053, 59mpbird 257 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
61 atanlogsublem 26893 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 < (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
6260, 61jaodan 960 . . . . 5 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
6321, 62syldan 592 . . . 4 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
64 eliooord 13333 . . . 4 ((ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π) → (-π < (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∧ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) < π))
6563, 64syl 17 . . 3 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (-π < (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∧ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) < π))
6665simpld 494 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → -π < (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
6765simprd 495 . . 3 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) < π)
6816imcld 15130 . . . 4 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ ℝ)
69 ltle 11233 . . . 4 (((ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ) → ((ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) < π → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ≤ π))
7068, 54, 69sylancl 587 . . 3 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) < π → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ≤ π))
7167, 70mpd 15 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ≤ π)
72 ellogrn 26536 . 2 (((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log ↔ (((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ ∧ -π < (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∧ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ≤ π))
7316, 66, 71, 72syl3anbrc 1345 1 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ran log)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  wo 848   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2933   class class class wbr 5100  dom cdm 5632  ran crn 5633  cfv 6500  (class class class)co 7368  cc 11036  cr 11037  0cc0 11038  1c1 11039  ici 11040   + caddc 11041   · cmul 11043   < clt 11178  cle 11179  cmin 11376  -cneg 11377  (,)cioo 13273  cre 15032  cim 15033  πcpi 16001  logclog 26531  arctancatan 26842
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-inf2 9562  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116  ax-addf 11117
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-tp 4587  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-iin 4951  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-se 5586  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-isom 6509  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-of 7632  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-supp 8113  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-1o 8407  df-2o 8408  df-er 8645  df-map 8777  df-pm 8778  df-ixp 8848  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-fsupp 9277  df-fi 9326  df-sup 9357  df-inf 9358  df-oi 9427  df-card 9863  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-div 11807  df-nn 12158  df-2 12220  df-3 12221  df-4 12222  df-5 12223  df-6 12224  df-7 12225  df-8 12226  df-9 12227  df-n0 12414  df-z 12501  df-dec 12620  df-uz 12764  df-q 12874  df-rp 12918  df-xneg 13038  df-xadd 13039  df-xmul 13040  df-ioo 13277  df-ioc 13278  df-ico 13279  df-icc 13280  df-fz 13436  df-fzo 13583  df-fl 13724  df-mod 13802  df-seq 13937  df-exp 13997  df-fac 14209  df-bc 14238  df-hash 14266  df-shft 15002  df-cj 15034  df-re 15035  df-im 15036  df-sqrt 15170  df-abs 15171  df-limsup 15406  df-clim 15423  df-rlim 15424  df-sum 15622  df-ef 16002  df-sin 16004  df-cos 16005  df-tan 16006  df-pi 16007  df-struct 17086  df-sets 17103  df-slot 17121  df-ndx 17133  df-base 17149  df-ress 17170  df-plusg 17202  df-mulr 17203  df-starv 17204  df-sca 17205  df-vsca 17206  df-ip 17207  df-tset 17208  df-ple 17209  df-ds 17211  df-unif 17212  df-hom 17213  df-cco 17214  df-rest 17354  df-topn 17355  df-0g 17373  df-gsum 17374  df-topgen 17375  df-pt 17376  df-prds 17379  df-xrs 17435  df-qtop 17440  df-imas 17441  df-xps 17443  df-mre 17517  df-mrc 17518  df-acs 17520  df-mgm 18577  df-sgrp 18656  df-mnd 18672  df-submnd 18721  df-mulg 19010  df-cntz 19258  df-cmn 19723  df-psmet 21313  df-xmet 21314  df-met 21315  df-bl 21316  df-mopn 21317  df-fbas 21318  df-fg 21319  df-cnfld 21322  df-top 22850  df-topon 22867  df-topsp 22889  df-bases 22902  df-cld 22975  df-ntr 22976  df-cls 22977  df-nei 23054  df-lp 23092  df-perf 23093  df-cn 23183  df-cnp 23184  df-haus 23271  df-tx 23518  df-hmeo 23711  df-fil 23802  df-fm 23894  df-flim 23895  df-flf 23896  df-xms 24276  df-ms 24277  df-tms 24278  df-cncf 24839  df-limc 25835  df-dv 25836  df-log 26533  df-atan 26845
This theorem is referenced by:  atantan  26901
  Copyright terms: Public domain W3C validator