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

Theorem atantayl 25077
Description: The Taylor series for arctan(𝐴). (Contributed by Mario Carneiro, 1-Apr-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
atantayl.1 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) / 2) · ((𝐴𝑛) / 𝑛)))
Assertion
Ref Expression
atantayl ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ (arctan‘𝐴))
Distinct variable group:   𝐴,𝑛
Allowed substitution hint:   𝐹(𝑛)

Proof of Theorem atantayl
Dummy variables 𝑘 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 12005 . . 3 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 11736 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 1 ∈ ℤ)
3 ax-icn 10311 . . . 4 i ∈ ℂ
4 halfcl 11583 . . . 4 (i ∈ ℂ → (i / 2) ∈ ℂ)
53, 4mp1i 13 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (i / 2) ∈ ℂ)
6 simpl 476 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 𝐴 ∈ ℂ)
7 mulcl 10336 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
83, 6, 7sylancr 583 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
98negcld 10700 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → -(i · 𝐴) ∈ ℂ)
108absnegd 14565 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) = (abs‘(i · 𝐴)))
11 absmul 14411 . . . . . . . . . 10 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (abs‘(i · 𝐴)) = ((abs‘i) · (abs‘𝐴)))
123, 6, 11sylancr 583 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘(i · 𝐴)) = ((abs‘i) · (abs‘𝐴)))
13 absi 14403 . . . . . . . . . . 11 (abs‘i) = 1
1413oveq1i 6915 . . . . . . . . . 10 ((abs‘i) · (abs‘𝐴)) = (1 · (abs‘𝐴))
15 abscl 14395 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℂ → (abs‘𝐴) ∈ ℝ)
1615adantr 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) ∈ ℝ)
1716recnd 10385 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) ∈ ℂ)
1817mulid2d 10375 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 · (abs‘𝐴)) = (abs‘𝐴))
1914, 18syl5eq 2873 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → ((abs‘i) · (abs‘𝐴)) = (abs‘𝐴))
2010, 12, 193eqtrd 2865 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) = (abs‘𝐴))
21 simpr 479 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) < 1)
2220, 21eqbrtrd 4895 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) < 1)
23 logtayl 24805 . . . . . . 7 ((-(i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (abs‘-(i · 𝐴)) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − -(i · 𝐴))))
249, 22, 23syl2anc 581 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − -(i · 𝐴))))
25 ax-1cn 10310 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℂ
26 subneg 10651 . . . . . . . . 9 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2725, 8, 26sylancr 583 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2827fveq2d 6437 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 − -(i · 𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
2928negeqd 10595 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → -(log‘(1 − -(i · 𝐴))) = -(log‘(1 + (i · 𝐴))))
3024, 29breqtrd 4899 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 + (i · 𝐴))))
31 seqex 13097 . . . . . 6 seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))) ∈ V
3231a1i 11 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))) ∈ V)
3310, 22eqbrtrrd 4897 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘(i · 𝐴)) < 1)
34 logtayl 24805 . . . . . 6 (((i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i · 𝐴)) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − (i · 𝐴))))
358, 33, 34syl2anc 581 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − (i · 𝐴))))
36 oveq2 6913 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → (-(i · 𝐴)↑𝑛) = (-(i · 𝐴)↑𝑚))
37 id 22 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚𝑛 = 𝑚)
3836, 37oveq12d 6923 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
39 eqid 2825 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))
40 ovex 6937 . . . . . . . . . 10 ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ V
4138, 39, 40fvmpt 6529 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
4241adantl 475 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
43 nnnn0 11626 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℕ0)
44 expcl 13172 . . . . . . . . . 10 ((-(i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
459, 43, 44syl2an 591 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
46 nncn 11359 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℂ)
4746adantl 475 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℂ)
48 nnne0 11386 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ≠ 0)
4948adantl 475 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ≠ 0)
5045, 47, 49divcld 11127 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
5142, 50eqeltrd 2906 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
521, 2, 51serf 13123 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))):ℕ⟶ℂ)
5352ffvelrnda 6608 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) ∈ ℂ)
54 oveq2 6913 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → ((i · 𝐴)↑𝑛) = ((i · 𝐴)↑𝑚))
5554, 37oveq12d 6923 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
56 eqid 2825 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))
57 ovex 6937 . . . . . . . . . 10 (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ V
5855, 56, 57fvmpt 6529 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
5958adantl 475 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
60 expcl 13172 . . . . . . . . . 10 (((i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
618, 43, 60syl2an 591 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
6261, 47, 49divcld 11127 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
6359, 62eqeltrd 2906 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
641, 2, 63serf 13123 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))):ℕ⟶ℂ)
6564ffvelrnda 6608 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) ∈ ℂ)
66 simpr 479 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
6766, 1syl6eleq 2916 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
68 simpl 476 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1))
69 elfznn 12663 . . . . . . 7 (𝑚 ∈ (1...𝑘) → 𝑚 ∈ ℕ)
7068, 69, 51syl2an 591 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
7168, 69, 63syl2an 591 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
7238, 55oveq12d 6923 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
73 eqid 2825 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))
74 ovex 6937 . . . . . . . . . 10 (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)) ∈ V
7572, 73, 74fvmpt 6529 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
7675adantl 475 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
7742, 59oveq12d 6923 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) − ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
7876, 77eqtr4d 2864 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) = (((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) − ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚)))
7968, 69, 78syl2an 591 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) = (((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) − ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚)))
8067, 70, 71, 79sersub 13138 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))))‘𝑘) = ((seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) − (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘)))
811, 2, 30, 32, 35, 53, 65, 80climsub 14741 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))) ⇝ (-(log‘(1 + (i · 𝐴))) − -(log‘(1 − (i · 𝐴)))))
82 addcl 10334 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
8325, 8, 82sylancr 583 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
84 bndatandm 25069 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 𝐴 ∈ dom arctan)
85 atandm2 25017 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
8684, 85sylib 210 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
8786simp3d 1180 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
8883, 87logcld 24716 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
89 subcl 10600 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
9025, 8, 89sylancr 583 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
9186simp2d 1179 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
9290, 91logcld 24716 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
9388, 92neg2subd 10730 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (-(log‘(1 + (i · 𝐴))) − -(log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
9481, 93breqtrd 4899 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))) ⇝ ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
9550, 62subcld 10713 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)) ∈ ℂ)
9676, 95eqeltrd 2906 . . 3 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) ∈ ℂ)
973a1i 11 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → i ∈ ℂ)
98 negicn 10602 . . . . . . . . 9 -i ∈ ℂ
9943adantl 475 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℕ0)
100 expcl 13172 . . . . . . . . 9 ((-i ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (-i↑𝑚) ∈ ℂ)
10198, 99, 100sylancr 583 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-i↑𝑚) ∈ ℂ)
102 expcl 13172 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (i↑𝑚) ∈ ℂ)
1033, 99, 102sylancr 583 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (i↑𝑚) ∈ ℂ)
104101, 103subcld 10713 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) ∈ ℂ)
105 2cnd 11429 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℂ)
106 2ne0 11462 . . . . . . . 8 2 ≠ 0
107106a1i 11 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 2 ≠ 0)
10897, 104, 105, 107div23d 11164 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) = ((i / 2) · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))))
109108oveq1d 6920 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) = (((i / 2) · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
1105adantr 474 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (i / 2) ∈ ℂ)
111 expcl 13172 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑚) ∈ ℂ)
1126, 43, 111syl2an 591 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐴𝑚) ∈ ℂ)
113112, 47, 49divcld 11127 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝐴𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
114110, 104, 113mulassd 10380 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((i / 2) · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) = ((i / 2) · (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚))))
115101, 103, 112subdird 10811 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) = (((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)) − ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚))))
1166adantr 474 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
117 mulneg1 10790 . . . . . . . . . . . . 13 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (-i · 𝐴) = -(i · 𝐴))
1183, 116, 117sylancr 583 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-i · 𝐴) = -(i · 𝐴))
119118oveq1d 6920 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i · 𝐴)↑𝑚) = (-(i · 𝐴)↑𝑚))
12098a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → -i ∈ ℂ)
121120, 116, 99mulexpd 13317 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i · 𝐴)↑𝑚) = ((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
122119, 121eqtr3d 2863 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) = ((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
12397, 116, 99mulexpd 13317 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · 𝐴)↑𝑚) = ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
124122, 123oveq12d 6923 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)) = (((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)) − ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚))))
125115, 124eqtr4d 2864 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)))
126125oveq1d 6920 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) / 𝑚) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)) / 𝑚))
127104, 112, 47, 49divassd 11162 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) / 𝑚) = (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
12845, 61, 47, 49divsubdird 11166 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)) / 𝑚) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
129126, 127, 1283eqtr3d 2869 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
130129oveq2d 6921 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i / 2) · (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚))) = ((i / 2) · (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))))
131109, 114, 1303eqtrd 2865 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) = ((i / 2) · (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))))
132 oveq2 6913 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (-i↑𝑛) = (-i↑𝑚))
133 oveq2 6913 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (i↑𝑛) = (i↑𝑚))
134132, 133oveq12d 6923 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛)) = ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)))
135134oveq2d 6921 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) = (i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))))
136135oveq1d 6920 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ((i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) / 2) = ((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2))
137 oveq2 6913 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑚))
138137, 37oveq12d 6923 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ((𝐴𝑛) / 𝑛) = ((𝐴𝑚) / 𝑚))
139136, 138oveq12d 6923 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → (((i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) / 2) · ((𝐴𝑛) / 𝑛)) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
140 atantayl.1 . . . . . 6 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) / 2) · ((𝐴𝑛) / 𝑛)))
141 ovex 6937 . . . . . 6 (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) ∈ V
142139, 140, 141fvmpt 6529 . . . . 5 (𝑚 ∈ ℕ → (𝐹𝑚) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
143142adantl 475 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐹𝑚) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
14476oveq2d 6921 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i / 2) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚)) = ((i / 2) · (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))))
145131, 143, 1443eqtr4d 2871 . . 3 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐹𝑚) = ((i / 2) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚)))
1461, 2, 5, 94, 96, 145isermulc2 14765 . 2 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
147 atanval 25024 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
14884, 147syl 17 . 2 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
149146, 148breqtrrd 4901 1 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ (arctan‘𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 386  w3a 1113   = wceq 1658  wcel 2166  wne 2999  Vcvv 3414   class class class wbr 4873  cmpt 4952  dom cdm 5342  cfv 6123  (class class class)co 6905  cc 10250  cr 10251  0cc0 10252  1c1 10253  ici 10254   + caddc 10255   · cmul 10257   < clt 10391  cmin 10585  -cneg 10586   / cdiv 11009  cn 11350  2c2 11406  0cn0 11618  cuz 11968  ...cfz 12619  seqcseq 13095  cexp 13154  abscabs 14351  cli 14592  logclog 24700  arctancatan 25004
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1896  ax-4 1910  ax-5 2011  ax-6 2077  ax-7 2114  ax-8 2168  ax-9 2175  ax-10 2194  ax-11 2209  ax-12 2222  ax-13 2391  ax-ext 2803  ax-rep 4994  ax-sep 5005  ax-nul 5013  ax-pow 5065  ax-pr 5127  ax-un 7209  ax-inf2 8815  ax-cnex 10308  ax-resscn 10309  ax-1cn 10310  ax-icn 10311  ax-addcl 10312  ax-addrcl 10313  ax-mulcl 10314  ax-mulrcl 10315  ax-mulcom 10316  ax-addass 10317  ax-mulass 10318  ax-distr 10319  ax-i2m1 10320  ax-1ne0 10321  ax-1rid 10322  ax-rnegex 10323  ax-rrecex 10324  ax-cnre 10325  ax-pre-lttri 10326  ax-pre-lttrn 10327  ax-pre-ltadd 10328  ax-pre-mulgt0 10329  ax-pre-sup 10330  ax-addf 10331  ax-mulf 10332
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 881  df-3or 1114  df-3an 1115  df-tru 1662  df-fal 1672  df-ex 1881  df-nf 1885  df-sb 2070  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4145  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4659  df-int 4698  df-iun 4742  df-iin 4743  df-br 4874  df-opab 4936  df-mpt 4953  df-tr 4976  df-id 5250  df-eprel 5255  df-po 5263  df-so 5264  df-fr 5301  df-se 5302  df-we 5303  df-xp 5348  df-rel 5349  df-cnv 5350  df-co 5351  df-dm 5352  df-rn 5353  df-res 5354  df-ima 5355  df-pred 5920  df-ord 5966  df-on 5967  df-lim 5968  df-suc 5969  df-iota 6086  df-fun 6125  df-fn 6126  df-f 6127  df-f1 6128  df-fo 6129  df-f1o 6130  df-fv 6131  df-isom 6132  df-riota 6866  df-ov 6908  df-oprab 6909  df-mpt2 6910  df-of 7157  df-om 7327  df-1st 7428  df-2nd 7429  df-supp 7560  df-wrecs 7672  df-recs 7734  df-rdg 7772  df-1o 7826  df-2o 7827  df-oadd 7830  df-er 8009  df-map 8124  df-pm 8125  df-ixp 8176  df-en 8223  df-dom 8224  df-sdom 8225  df-fin 8226  df-fsupp 8545  df-fi 8586  df-sup 8617  df-inf 8618  df-oi 8684  df-card 9078  df-cda 9305  df-pnf 10393  df-mnf 10394  df-xr 10395  df-ltxr 10396  df-le 10397  df-sub 10587  df-neg 10588  df-div 11010  df-nn 11351  df-2 11414  df-3 11415  df-4 11416  df-5 11417  df-6 11418  df-7 11419  df-8 11420  df-9 11421  df-n0 11619  df-z 11705  df-dec 11822  df-uz 11969  df-q 12072  df-rp 12113  df-xneg 12232  df-xadd 12233  df-xmul 12234  df-ioo 12467  df-ioc 12468  df-ico 12469  df-icc 12470  df-fz 12620  df-fzo 12761  df-fl 12888  df-mod 12964  df-seq 13096  df-exp 13155  df-fac 13354  df-bc 13383  df-hash 13411  df-shft 14184  df-cj 14216  df-re 14217  df-im 14218  df-sqrt 14352  df-abs 14353  df-limsup 14579  df-clim 14596  df-rlim 14597  df-sum 14794  df-ef 15170  df-sin 15172  df-cos 15173  df-tan 15174  df-pi 15175  df-struct 16224  df-ndx 16225  df-slot 16226  df-base 16228  df-sets 16229  df-ress 16230  df-plusg 16318  df-mulr 16319  df-starv 16320  df-sca 16321  df-vsca 16322  df-ip 16323  df-tset 16324  df-ple 16325  df-ds 16327  df-unif 16328  df-hom 16329  df-cco 16330  df-rest 16436  df-topn 16437  df-0g 16455  df-gsum 16456  df-topgen 16457  df-pt 16458  df-prds 16461  df-xrs 16515  df-qtop 16520  df-imas 16521  df-xps 16523  df-mre 16599  df-mrc 16600  df-acs 16602  df-mgm 17595  df-sgrp 17637  df-mnd 17648  df-submnd 17689  df-mulg 17895  df-cntz 18100  df-cmn 18548  df-psmet 20098  df-xmet 20099  df-met 20100  df-bl 20101  df-mopn 20102  df-fbas 20103  df-fg 20104  df-cnfld 20107  df-top 21069  df-topon 21086  df-topsp 21108  df-bases 21121  df-cld 21194  df-ntr 21195  df-cls 21196  df-nei 21273  df-lp 21311  df-perf 21312  df-cn 21402  df-cnp 21403  df-haus 21490  df-cmp 21561  df-tx 21736  df-hmeo 21929  df-fil 22020  df-fm 22112  df-flim 22113  df-flf 22114  df-xms 22495  df-ms 22496  df-tms 22497  df-cncf 23051  df-limc 24029  df-dv 24030  df-ulm 24530  df-log 24702  df-atan 25007
This theorem is referenced by:  atantayl2  25078
  Copyright terms: Public domain W3C validator