Proof of Theorem atanlogsub
| Step | Hyp | Ref
| Expression |
| 1 | | ax-1cn 11192 |
. . . . . 6
⊢ 1 ∈
ℂ |
| 2 | | ax-icn 11193 |
. . . . . . 7
⊢ i ∈
ℂ |
| 3 | | atandm2 26844 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 −
(i · 𝐴)) ≠ 0
∧ (1 + (i · 𝐴))
≠ 0)) |
| 4 | 3 | simp1bi 1145 |
. . . . . . 7
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈
ℂ) |
| 5 | | mulcl 11218 |
. . . . . . 7
⊢ ((i
∈ ℂ ∧ 𝐴
∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ) |
| 6 | 2, 4, 5 | sylancr 587 |
. . . . . 6
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (i
· 𝐴) ∈
ℂ) |
| 7 | | addcl 11216 |
. . . . . 6
⊢ ((1
∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i ·
𝐴)) ∈
ℂ) |
| 8 | 1, 6, 7 | sylancr 587 |
. . . . 5
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 +
(i · 𝐴)) ∈
ℂ) |
| 9 | 3 | simp3bi 1147 |
. . . . 5
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 +
(i · 𝐴)) ≠
0) |
| 10 | 8, 9 | logcld 26536 |
. . . 4
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ) |
| 11 | | subcl 11486 |
. . . . . 6
⊢ ((1
∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i
· 𝐴)) ∈
ℂ) |
| 12 | 1, 6, 11 | sylancr 587 |
. . . . 5
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1
− (i · 𝐴))
∈ ℂ) |
| 13 | 3 | simp2bi 1146 |
. . . . 5
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1
− (i · 𝐴))
≠ 0) |
| 14 | 12, 13 | logcld 26536 |
. . . 4
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ) |
| 15 | 10, 14 | subcld 11599 |
. . 3
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))) ∈
ℂ) |
| 16 | 15 | adantr 480 |
. 2
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))) ∈
ℂ) |
| 17 | 4 | recld 15218 |
. . . . . . 7
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(ℜ‘𝐴) ∈
ℝ) |
| 18 | | 0re 11242 |
. . . . . . 7
⊢ 0 ∈
ℝ |
| 19 | | lttri2 11322 |
. . . . . . 7
⊢
(((ℜ‘𝐴)
∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((ℜ‘𝐴) ≠ 0 ↔ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 <
(ℜ‘𝐴)))) |
| 20 | 17, 18, 19 | sylancl 586 |
. . . . . 6
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
((ℜ‘𝐴) ≠ 0
↔ ((ℜ‘𝐴)
< 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴)))) |
| 21 | 20 | biimpa 476 |
. . . . 5
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ ((ℜ‘𝐴)
< 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))) |
| 22 | 15 | imnegd 15234 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(ℑ‘-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) =
-(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))))) |
| 23 | 10, 14 | negsubdi2d 11615 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))) =
((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i ·
𝐴))))) |
| 24 | | mulneg2 11679 |
. . . . . . . . . . . . . . . . 17
⊢ ((i
∈ ℂ ∧ 𝐴
∈ ℂ) → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴)) |
| 25 | 2, 4, 24 | sylancr 587 |
. . . . . . . . . . . . . . . 16
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (i
· -𝐴) = -(i ·
𝐴)) |
| 26 | 25 | oveq2d 7426 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 +
(i · -𝐴)) = (1 + -(i
· 𝐴))) |
| 27 | | negsub 11536 |
. . . . . . . . . . . . . . . 16
⊢ ((1
∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + -(i ·
𝐴)) = (1 − (i
· 𝐴))) |
| 28 | 1, 6, 27 | sylancr 587 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 +
-(i · 𝐴)) = (1
− (i · 𝐴))) |
| 29 | 26, 28 | eqtrd 2771 |
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1 +
(i · -𝐴)) = (1
− (i · 𝐴))) |
| 30 | 29 | fveq2d 6885 |
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(log‘(1 + (i · -𝐴))) = (log‘(1 − (i ·
𝐴)))) |
| 31 | 25 | oveq2d 7426 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1
− (i · -𝐴)) =
(1 − -(i · 𝐴))) |
| 32 | | subneg 11537 |
. . . . . . . . . . . . . . . 16
⊢ ((1
∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i
· 𝐴)) = (1 + (i
· 𝐴))) |
| 33 | 1, 6, 32 | sylancr 587 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1
− -(i · 𝐴)) =
(1 + (i · 𝐴))) |
| 34 | 31, 33 | eqtrd 2771 |
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → (1
− (i · -𝐴)) =
(1 + (i · 𝐴))) |
| 35 | 34 | fveq2d 6885 |
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(log‘(1 − (i · -𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴)))) |
| 36 | 30, 35 | oveq12d 7428 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴)))) =
((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i ·
𝐴))))) |
| 37 | 23, 36 | eqtr4d 2774 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))) =
((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴))))) |
| 38 | 37 | fveq2d 6885 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
(ℑ‘-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) =
(ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴)))))) |
| 39 | 22, 38 | eqtr3d 2773 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
-(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) =
(ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴)))))) |
| 40 | 39 | adantr 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 26873 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan → -𝐴 ∈ dom
arctan) |
| 42 | 17 | lt0neg1d 11811 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ (𝐴 ∈ dom arctan →
((ℜ‘𝐴) < 0
↔ 0 < -(ℜ‘𝐴))) |
| 43 | 42 | biimpa 476 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ 0 < -(ℜ‘𝐴)) |
| 44 | 4 | adantr 480 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ 𝐴 ∈
ℂ) |
| 45 | 44 | renegd 15233 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ (ℜ‘-𝐴) =
-(ℜ‘𝐴)) |
| 46 | 43, 45 | breqtrrd 5152 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ 0 < (ℜ‘-𝐴)) |
| 47 | | atanlogsublem 26882 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((-𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 <
(ℜ‘-𝐴)) →
(ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴))))) ∈
(-π(,)π)) |
| 48 | 41, 46, 47 | syl2an2r 685 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴))))) ∈
(-π(,)π)) |
| 49 | | picn 26424 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ π
∈ ℂ |
| 50 | 49 | negnegi 11558 |
. . . . . . . . . 10
⊢ --π =
π |
| 51 | 50 | oveq2i 7421 |
. . . . . . . . 9
⊢
(-π(,)--π) = (-π(,)π) |
| 52 | 48, 51 | eleqtrrdi 2846 |
. . . . . . . 8
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i
· -𝐴))))) ∈
(-π(,)--π)) |
| 53 | 40, 52 | eqeltrd 2835 |
. . . . . . 7
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ∈
(-π(,)--π)) |
| 54 | | pire 26423 |
. . . . . . . . 9
⊢ π
∈ ℝ |
| 55 | 54 | renegcli 11549 |
. . . . . . . 8
⊢ -π
∈ ℝ |
| 56 | 15 | adantr 480 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))) ∈
ℂ) |
| 57 | 56 | imcld 15219 |
. . . . . . . 8
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ∈
ℝ) |
| 58 | | iooneg 13493 |
. . . . . . . 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))) |
| 59 | 55, 54, 57, 58 | mp3an12i 1467 |
. . . . . . 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))) |
| 60 | 53, 59 | mpbird 257 |
. . . . . 6
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) < 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ∈
(-π(,)π)) |
| 61 | | atanlogsublem 26882 |
. . . . . 6
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 <
(ℜ‘𝐴)) →
(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ∈
(-π(,)π)) |
| 62 | 60, 61 | jaodan 959 |
. . . . 5
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
((ℜ‘𝐴) < 0
∨ 0 < (ℜ‘𝐴))) → (ℑ‘((log‘(1 +
(i · 𝐴))) −
(log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈
(-π(,)π)) |
| 63 | 21, 62 | syldan 591 |
. . . 4
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ∈
(-π(,)π)) |
| 64 | | eliooord 13427 |
. . . 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)) |
| 65 | 63, 64 | syl 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)) |
| 66 | 65 | simpld 494 |
. 2
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ -π < (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))))) |
| 67 | 65 | simprd 495 |
. . 3
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) <
π) |
| 68 | 16 | imcld 15219 |
. . . 4
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ∈
ℝ) |
| 69 | | ltle 11328 |
. . . 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)) |
| 70 | 68, 54, 69 | sylancl 586 |
. . 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)) |
| 71 | 67, 70 | mpd 15 |
. 2
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴))))) ≤
π) |
| 72 | | ellogrn 26525 |
. 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)) |
| 73 | 16, 66, 71, 72 | syl3anbrc 1344 |
1
⊢ ((𝐴 ∈ dom arctan ∧
(ℜ‘𝐴) ≠ 0)
→ ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i
· 𝐴)))) ∈ ran
log) |