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

Theorem atanlogsub 25546
 Description: A variation on atanlogadd 25544, 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 10602 . . . . . 6 1 ∈ ℂ
2 ax-icn 10603 . . . . . . 7 i ∈ ℂ
3 atandm2 25507 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
43simp1bi 1142 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈ ℂ)
5 mulcl 10628 . . . . . . 7 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
62, 4, 5sylancr 590 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
7 addcl 10626 . . . . . 6 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
81, 6, 7sylancr 590 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
93simp3bi 1144 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
108, 9logcld 25206 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
11 subcl 10892 . . . . . 6 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
121, 6, 11sylancr 590 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
133simp2bi 1143 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
1412, 13logcld 25206 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
1510, 14subcld 11004 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
1615adantr 484 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
174recld 14565 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℜ‘𝐴) ∈ ℝ)
18 0re 10650 . . . . . . 7 0 ∈ ℝ
19 lttri2 10730 . . . . . . 7 (((ℜ‘𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((ℜ‘𝐴) ≠ 0 ↔ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))))
2017, 18, 19sylancl 589 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((ℜ‘𝐴) ≠ 0 ↔ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))))
2120biimpa 480 . . . . 5 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴)))
2215imnegd 14581 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℑ‘-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
2310, 14negsubdi2d 11020 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan → -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
24 mulneg2 11084 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
252, 4, 24sylancr 590 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · -𝐴) = -(i · 𝐴))
2625oveq2d 7161 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 + -(i · 𝐴)))
27 negsub 10941 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
281, 6, 27sylancr 590 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + -(i · 𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
2926, 28eqtrd 2833 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 + (i · -𝐴)) = (1 − (i · 𝐴)))
3029fveq2d 6659 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 + (i · -𝐴))) = (log‘(1 − (i · 𝐴))))
3125oveq2d 7161 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 − -(i · 𝐴)))
32 subneg 10942 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
331, 6, 32sylancr 590 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
3431, 33eqtrd 2833 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ dom arctan → (1 − (i · -𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
3534fveq2d 6659 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ dom arctan → (log‘(1 − (i · -𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
3630, 35oveq12d 7163 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan → ((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
3723, 36eqtr4d 2836 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ dom arctan → -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴)))))
3837fveq2d 6659 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → (ℑ‘-((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))))
3922, 38eqtr3d 2835 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))))
4039adantr 484 . . . . . . . 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 25536 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → -𝐴 ∈ dom arctan)
4217lt0neg1d 11216 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ dom arctan → ((ℜ‘𝐴) < 0 ↔ 0 < -(ℜ‘𝐴)))
4342biimpa 480 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → 0 < -(ℜ‘𝐴))
444adantr 484 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → 𝐴 ∈ ℂ)
4544renegd 14580 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℜ‘-𝐴) = -(ℜ‘𝐴))
4643, 45breqtrrd 5062 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → 0 < (ℜ‘-𝐴))
47 atanlogsublem 25545 . . . . . . . . . 10 ((-𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 < (ℜ‘-𝐴)) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
4841, 46, 47syl2an2r 684 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
49 picn 25096 . . . . . . . . . . 11 π ∈ ℂ
5049negnegi 10963 . . . . . . . . . 10 --π = π
5150oveq2i 7156 . . . . . . . . 9 (-π(,)--π) = (-π(,)π)
5248, 51eleqtrrdi 2901 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · -𝐴))) − (log‘(1 − (i · -𝐴))))) ∈ (-π(,)--π))
5340, 52eqeltrd 2890 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → -(ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)--π))
54 pire 25095 . . . . . . . . 9 π ∈ ℝ
5554renegcli 10954 . . . . . . . 8 -π ∈ ℝ
5615adantr 484 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
5756imcld 14566 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ ℝ)
58 iooneg 12869 . . . . . . . 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 1462 . . . . . . 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 260 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) < 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
61 atanlogsublem 25545 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 < (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
6260, 61jaodan 955 . . . . 5 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ ((ℜ‘𝐴) < 0 ∨ 0 < (ℜ‘𝐴))) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
6321, 62syldan 594 . . . 4 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
64 eliooord 12804 . . . 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 498 . 2 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → -π < (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
6765simprd 499 . . 3 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) < π)
6816imcld 14566 . . . 4 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ (ℜ‘𝐴) ≠ 0) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ ℝ)
69 ltle 10736 . . . 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 589 . . 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 25195 . 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 1340 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 209   ∧ wa 399   ∨ wo 844   = wceq 1538   ∈ wcel 2111   ≠ wne 2987   class class class wbr 5034  dom cdm 5523  ran crn 5524  ‘cfv 6332  (class class class)co 7145  ℂcc 10542  ℝcr 10543  0cc0 10544  1c1 10545  ici 10546   + caddc 10547   · cmul 10549   < clt 10682   ≤ cle 10683   − cmin 10877  -cneg 10878  (,)cioo 12746  ℜcre 14468  ℑcim 14469  πcpi 15432  logclog 25190  arctancatan 25494 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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5158  ax-sep 5171  ax-nul 5178  ax-pow 5235  ax-pr 5299  ax-un 7454  ax-inf2 9106  ax-cnex 10600  ax-resscn 10601  ax-1cn 10602  ax-icn 10603  ax-addcl 10604  ax-addrcl 10605  ax-mulcl 10606  ax-mulrcl 10607  ax-mulcom 10608  ax-addass 10609  ax-mulass 10610  ax-distr 10611  ax-i2m1 10612  ax-1ne0 10613  ax-1rid 10614  ax-rnegex 10615  ax-rrecex 10616  ax-cnre 10617  ax-pre-lttri 10618  ax-pre-lttrn 10619  ax-pre-ltadd 10620  ax-pre-mulgt0 10621  ax-pre-sup 10622  ax-addf 10623  ax-mulf 10624 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3444  df-sbc 3723  df-csb 3831  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4805  df-int 4843  df-iun 4887  df-iin 4888  df-br 5035  df-opab 5097  df-mpt 5115  df-tr 5141  df-id 5429  df-eprel 5434  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-se 5483  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6123  df-ord 6169  df-on 6170  df-lim 6171  df-suc 6172  df-iota 6291  df-fun 6334  df-fn 6335  df-f 6336  df-f1 6337  df-fo 6338  df-f1o 6339  df-fv 6340  df-isom 6341  df-riota 7103  df-ov 7148  df-oprab 7149  df-mpo 7150  df-of 7400  df-om 7574  df-1st 7684  df-2nd 7685  df-supp 7827  df-wrecs 7948  df-recs 8009  df-rdg 8047  df-1o 8103  df-2o 8104  df-oadd 8107  df-er 8290  df-map 8409  df-pm 8410  df-ixp 8463  df-en 8511  df-dom 8512  df-sdom 8513  df-fin 8514  df-fsupp 8836  df-fi 8877  df-sup 8908  df-inf 8909  df-oi 8976  df-card 9370  df-pnf 10684  df-mnf 10685  df-xr 10686  df-ltxr 10687  df-le 10688  df-sub 10879  df-neg 10880  df-div 11305  df-nn 11644  df-2 11706  df-3 11707  df-4 11708  df-5 11709  df-6 11710  df-7 11711  df-8 11712  df-9 11713  df-n0 11904  df-z 11990  df-dec 12107  df-uz 12252  df-q 12357  df-rp 12398  df-xneg 12515  df-xadd 12516  df-xmul 12517  df-ioo 12750  df-ioc 12751  df-ico 12752  df-icc 12753  df-fz 12906  df-fzo 13049  df-fl 13177  df-mod 13253  df-seq 13385  df-exp 13446  df-fac 13650  df-bc 13679  df-hash 13707  df-shft 14438  df-cj 14470  df-re 14471  df-im 14472  df-sqrt 14606  df-abs 14607  df-limsup 14840  df-clim 14857  df-rlim 14858  df-sum 15055  df-ef 15433  df-sin 15435  df-cos 15436  df-tan 15437  df-pi 15438  df-struct 16497  df-ndx 16498  df-slot 16499  df-base 16501  df-sets 16502  df-ress 16503  df-plusg 16590  df-mulr 16591  df-starv 16592  df-sca 16593  df-vsca 16594  df-ip 16595  df-tset 16596  df-ple 16597  df-ds 16599  df-unif 16600  df-hom 16601  df-cco 16602  df-rest 16708  df-topn 16709  df-0g 16727  df-gsum 16728  df-topgen 16729  df-pt 16730  df-prds 16733  df-xrs 16787  df-qtop 16792  df-imas 16793  df-xps 16795  df-mre 16869  df-mrc 16870  df-acs 16872  df-mgm 17864  df-sgrp 17913  df-mnd 17924  df-submnd 17969  df-mulg 18238  df-cntz 18460  df-cmn 18921  df-psmet 20104  df-xmet 20105  df-met 20106  df-bl 20107  df-mopn 20108  df-fbas 20109  df-fg 20110  df-cnfld 20113  df-top 21540  df-topon 21557  df-topsp 21579  df-bases 21592  df-cld 21665  df-ntr 21666  df-cls 21667  df-nei 21744  df-lp 21782  df-perf 21783  df-cn 21873  df-cnp 21874  df-haus 21961  df-tx 22208  df-hmeo 22401  df-fil 22492  df-fm 22584  df-flim 22585  df-flf 22586  df-xms 22968  df-ms 22969  df-tms 22970  df-cncf 23524  df-limc 24510  df-dv 24511  df-log 25192  df-atan 25497 This theorem is referenced by:  atantan  25553
 Copyright terms: Public domain W3C validator