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

Theorem atantayl 24955
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 11923 . . 3 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 11655 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 1 ∈ ℤ)
3 ax-icn 10248 . . . 4 i ∈ ℂ
4 halfcl 11503 . . . 4 (i ∈ ℂ → (i / 2) ∈ ℂ)
53, 4mp1i 13 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (i / 2) ∈ ℂ)
6 simpl 474 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 𝐴 ∈ ℂ)
7 mulcl 10273 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
83, 6, 7sylancr 581 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
98negcld 10633 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → -(i · 𝐴) ∈ ℂ)
108absnegd 14473 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) = (abs‘(i · 𝐴)))
11 absmul 14319 . . . . . . . . . 10 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (abs‘(i · 𝐴)) = ((abs‘i) · (abs‘𝐴)))
123, 6, 11sylancr 581 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘(i · 𝐴)) = ((abs‘i) · (abs‘𝐴)))
13 absi 14311 . . . . . . . . . . 11 (abs‘i) = 1
1413oveq1i 6852 . . . . . . . . . 10 ((abs‘i) · (abs‘𝐴)) = (1 · (abs‘𝐴))
15 abscl 14303 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℂ → (abs‘𝐴) ∈ ℝ)
1615adantr 472 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) ∈ ℝ)
1716recnd 10322 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) ∈ ℂ)
1817mulid2d 10312 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 · (abs‘𝐴)) = (abs‘𝐴))
1914, 18syl5eq 2811 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → ((abs‘i) · (abs‘𝐴)) = (abs‘𝐴))
2010, 12, 193eqtrd 2803 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) = (abs‘𝐴))
21 simpr 477 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) < 1)
2220, 21eqbrtrd 4831 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) < 1)
23 logtayl 24697 . . . . . . 7 ((-(i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (abs‘-(i · 𝐴)) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − -(i · 𝐴))))
249, 22, 23syl2anc 579 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − -(i · 𝐴))))
25 ax-1cn 10247 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℂ
26 subneg 10584 . . . . . . . . 9 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2725, 8, 26sylancr 581 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2827fveq2d 6379 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 − -(i · 𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
2928negeqd 10529 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → -(log‘(1 − -(i · 𝐴))) = -(log‘(1 + (i · 𝐴))))
3024, 29breqtrd 4835 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 + (i · 𝐴))))
31 seqex 13010 . . . . . 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 4833 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘(i · 𝐴)) < 1)
34 logtayl 24697 . . . . . 6 (((i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i · 𝐴)) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − (i · 𝐴))))
358, 33, 34syl2anc 579 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − (i · 𝐴))))
36 oveq2 6850 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → (-(i · 𝐴)↑𝑛) = (-(i · 𝐴)↑𝑚))
37 id 22 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚𝑛 = 𝑚)
3836, 37oveq12d 6860 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
39 eqid 2765 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))
40 ovex 6874 . . . . . . . . . 10 ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ V
4138, 39, 40fvmpt 6471 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
4241adantl 473 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
43 nnnn0 11546 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℕ0)
44 expcl 13085 . . . . . . . . . 10 ((-(i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
459, 43, 44syl2an 589 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
46 nncn 11283 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℂ)
4746adantl 473 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℂ)
48 nnne0 11310 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ≠ 0)
4948adantl 473 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ≠ 0)
5045, 47, 49divcld 11055 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
5142, 50eqeltrd 2844 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
521, 2, 51serf 13036 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))):ℕ⟶ℂ)
5352ffvelrnda 6549 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) ∈ ℂ)
54 oveq2 6850 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → ((i · 𝐴)↑𝑛) = ((i · 𝐴)↑𝑚))
5554, 37oveq12d 6860 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
56 eqid 2765 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))
57 ovex 6874 . . . . . . . . . 10 (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ V
5855, 56, 57fvmpt 6471 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
5958adantl 473 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
60 expcl 13085 . . . . . . . . . 10 (((i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
618, 43, 60syl2an 589 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
6261, 47, 49divcld 11055 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
6359, 62eqeltrd 2844 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
641, 2, 63serf 13036 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))):ℕ⟶ℂ)
6564ffvelrnda 6549 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) ∈ ℂ)
66 simpr 477 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
6766, 1syl6eleq 2854 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
68 simpl 474 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1))
69 elfznn 12577 . . . . . . 7 (𝑚 ∈ (1...𝑘) → 𝑚 ∈ ℕ)
7068, 69, 51syl2an 589 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
7168, 69, 63syl2an 589 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
7238, 55oveq12d 6860 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
73 eqid 2765 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))
74 ovex 6874 . . . . . . . . . 10 (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)) ∈ V
7572, 73, 74fvmpt 6471 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
7675adantl 473 . . . . . . . 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 6860 . . . . . . . 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 2802 . . . . . . 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 589 . . . . . 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 13051 . . . . 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 14649 . . . 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 10271 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
8325, 8, 82sylancr 581 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
84 bndatandm 24947 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 𝐴 ∈ dom arctan)
85 atandm2 24895 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
8684, 85sylib 209 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
8786simp3d 1174 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
8883, 87logcld 24608 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
89 subcl 10534 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
9025, 8, 89sylancr 581 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
9186simp2d 1173 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
9290, 91logcld 24608 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
9388, 92neg2subd 10663 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (-(log‘(1 + (i · 𝐴))) − -(log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
9481, 93breqtrd 4835 . . 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 10646 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)) ∈ ℂ)
9676, 95eqeltrd 2844 . . 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 10536 . . . . . . . . 9 -i ∈ ℂ
9943adantl 473 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℕ0)
100 expcl 13085 . . . . . . . . 9 ((-i ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (-i↑𝑚) ∈ ℂ)
10198, 99, 100sylancr 581 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-i↑𝑚) ∈ ℂ)
102 expcl 13085 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (i↑𝑚) ∈ ℂ)
1033, 99, 102sylancr 581 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (i↑𝑚) ∈ ℂ)
104101, 103subcld 10646 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) ∈ ℂ)
105 2cnd 11350 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℂ)
106 2ne0 11383 . . . . . . . 8 2 ≠ 0
107106a1i 11 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 2 ≠ 0)
10897, 104, 105, 107div23d 11092 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) = ((i / 2) · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))))
109108oveq1d 6857 . . . . 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 472 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (i / 2) ∈ ℂ)
111 expcl 13085 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑚) ∈ ℂ)
1126, 43, 111syl2an 589 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐴𝑚) ∈ ℂ)
113112, 47, 49divcld 11055 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝐴𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
114110, 104, 113mulassd 10317 . . . . 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 10741 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) = (((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)) − ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚))))
1166adantr 472 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
117 mulneg1 10720 . . . . . . . . . . . . 13 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (-i · 𝐴) = -(i · 𝐴))
1183, 116, 117sylancr 581 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-i · 𝐴) = -(i · 𝐴))
119118oveq1d 6857 . . . . . . . . . . 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 13230 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i · 𝐴)↑𝑚) = ((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
122119, 121eqtr3d 2801 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) = ((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
12397, 116, 99mulexpd 13230 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · 𝐴)↑𝑚) = ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
124122, 123oveq12d 6860 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)) = (((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)) − ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚))))
125115, 124eqtr4d 2802 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)))
126125oveq1d 6857 . . . . . . 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 11090 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) / 𝑚) = (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
12845, 61, 47, 49divsubdird 11094 . . . . . . 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 2807 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
130129oveq2d 6858 . . . . 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 2803 . . . 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 6850 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (-i↑𝑛) = (-i↑𝑚))
133 oveq2 6850 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (i↑𝑛) = (i↑𝑚))
134132, 133oveq12d 6860 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛)) = ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)))
135134oveq2d 6858 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) = (i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))))
136135oveq1d 6857 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ((i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) / 2) = ((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2))
137 oveq2 6850 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑚))
138137, 37oveq12d 6860 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ((𝐴𝑛) / 𝑛) = ((𝐴𝑚) / 𝑚))
139136, 138oveq12d 6860 . . . . . 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 6874 . . . . . 6 (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) ∈ V
142139, 140, 141fvmpt 6471 . . . . 5 (𝑚 ∈ ℕ → (𝐹𝑚) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
143142adantl 473 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐹𝑚) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
14476oveq2d 6858 . . . 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 2809 . . 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 14673 . 2 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
147 atanval 24902 . . 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 4837 1 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ (arctan‘𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 384  w3a 1107   = wceq 1652  wcel 2155  wne 2937  Vcvv 3350   class class class wbr 4809  cmpt 4888  dom cdm 5277  cfv 6068  (class class class)co 6842  cc 10187  cr 10188  0cc0 10189  1c1 10190  ici 10191   + caddc 10192   · cmul 10194   < clt 10328  cmin 10520  -cneg 10521   / cdiv 10938  cn 11274  2c2 11327  0cn0 11538  cuz 11886  ...cfz 12533  seqcseq 13008  cexp 13067  abscabs 14259  cli 14500  logclog 24592  arctancatan 24882
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-rep 4930  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-inf2 8753  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267  ax-addf 10268  ax-mulf 10269
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-fal 1666  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-int 4634  df-iun 4678  df-iin 4679  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-se 5237  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-isom 6077  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-of 7095  df-om 7264  df-1st 7366  df-2nd 7367  df-supp 7498  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-1o 7764  df-2o 7765  df-oadd 7768  df-er 7947  df-map 8062  df-pm 8063  df-ixp 8114  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-fin 8164  df-fsupp 8483  df-fi 8524  df-sup 8555  df-inf 8556  df-oi 8622  df-card 9016  df-cda 9243  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-div 10939  df-nn 11275  df-2 11335  df-3 11336  df-4 11337  df-5 11338  df-6 11339  df-7 11340  df-8 11341  df-9 11342  df-n0 11539  df-z 11625  df-dec 11741  df-uz 11887  df-q 11990  df-rp 12029  df-xneg 12146  df-xadd 12147  df-xmul 12148  df-ioo 12381  df-ioc 12382  df-ico 12383  df-icc 12384  df-fz 12534  df-fzo 12674  df-fl 12801  df-mod 12877  df-seq 13009  df-exp 13068  df-fac 13265  df-bc 13294  df-hash 13322  df-shft 14092  df-cj 14124  df-re 14125  df-im 14126  df-sqrt 14260  df-abs 14261  df-limsup 14487  df-clim 14504  df-rlim 14505  df-sum 14702  df-ef 15080  df-sin 15082  df-cos 15083  df-tan 15084  df-pi 15085  df-struct 16132  df-ndx 16133  df-slot 16134  df-base 16136  df-sets 16137  df-ress 16138  df-plusg 16227  df-mulr 16228  df-starv 16229  df-sca 16230  df-vsca 16231  df-ip 16232  df-tset 16233  df-ple 16234  df-ds 16236  df-unif 16237  df-hom 16238  df-cco 16239  df-rest 16349  df-topn 16350  df-0g 16368  df-gsum 16369  df-topgen 16370  df-pt 16371  df-prds 16374  df-xrs 16428  df-qtop 16433  df-imas 16434  df-xps 16436  df-mre 16512  df-mrc 16513  df-acs 16515  df-mgm 17508  df-sgrp 17550  df-mnd 17561  df-submnd 17602  df-mulg 17808  df-cntz 18013  df-cmn 18461  df-psmet 20011  df-xmet 20012  df-met 20013  df-bl 20014  df-mopn 20015  df-fbas 20016  df-fg 20017  df-cnfld 20020  df-top 20978  df-topon 20995  df-topsp 21017  df-bases 21030  df-cld 21103  df-ntr 21104  df-cls 21105  df-nei 21182  df-lp 21220  df-perf 21221  df-cn 21311  df-cnp 21312  df-haus 21399  df-cmp 21470  df-tx 21645  df-hmeo 21838  df-fil 21929  df-fm 22021  df-flim 22022  df-flf 22023  df-xms 22404  df-ms 22405  df-tms 22406  df-cncf 22960  df-limc 23921  df-dv 23922  df-ulm 24422  df-log 24594  df-atan 24885
This theorem is referenced by:  atantayl2  24956
  Copyright terms: Public domain W3C validator