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

Theorem atantayl 25502
 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 12260 . . 3 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 11992 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 1 ∈ ℤ)
3 ax-icn 10574 . . . 4 i ∈ ℂ
4 halfcl 11841 . . . 4 (i ∈ ℂ → (i / 2) ∈ ℂ)
53, 4mp1i 13 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (i / 2) ∈ ℂ)
6 simpl 485 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 𝐴 ∈ ℂ)
7 mulcl 10599 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
83, 6, 7sylancr 589 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
98negcld 10962 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → -(i · 𝐴) ∈ ℂ)
108absnegd 14789 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) = (abs‘(i · 𝐴)))
11 absmul 14634 . . . . . . . . . 10 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (abs‘(i · 𝐴)) = ((abs‘i) · (abs‘𝐴)))
123, 6, 11sylancr 589 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘(i · 𝐴)) = ((abs‘i) · (abs‘𝐴)))
13 absi 14626 . . . . . . . . . . 11 (abs‘i) = 1
1413oveq1i 7143 . . . . . . . . . 10 ((abs‘i) · (abs‘𝐴)) = (1 · (abs‘𝐴))
15 abscl 14618 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℂ → (abs‘𝐴) ∈ ℝ)
1615adantr 483 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) ∈ ℝ)
1716recnd 10647 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) ∈ ℂ)
1817mulid2d 10637 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 · (abs‘𝐴)) = (abs‘𝐴))
1914, 18syl5eq 2867 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → ((abs‘i) · (abs‘𝐴)) = (abs‘𝐴))
2010, 12, 193eqtrd 2859 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) = (abs‘𝐴))
21 simpr 487 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘𝐴) < 1)
2220, 21eqbrtrd 5064 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘-(i · 𝐴)) < 1)
23 logtayl 25230 . . . . . . 7 ((-(i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (abs‘-(i · 𝐴)) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − -(i · 𝐴))))
249, 22, 23syl2anc 586 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − -(i · 𝐴))))
25 ax-1cn 10573 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℂ
26 subneg 10913 . . . . . . . . 9 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2725, 8, 26sylancr 589 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − -(i · 𝐴)) = (1 + (i · 𝐴)))
2827fveq2d 6650 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 − -(i · 𝐴))) = (log‘(1 + (i · 𝐴))))
2928negeqd 10858 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → -(log‘(1 − -(i · 𝐴))) = -(log‘(1 + (i · 𝐴))))
3024, 29breqtrd 5068 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 + (i · 𝐴))))
31 seqex 13355 . . . . . 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 5066 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (abs‘(i · 𝐴)) < 1)
34 logtayl 25230 . . . . . 6 (((i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i · 𝐴)) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − (i · 𝐴))))
358, 33, 34syl2anc 586 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) ⇝ -(log‘(1 − (i · 𝐴))))
36 oveq2 7141 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → (-(i · 𝐴)↑𝑛) = (-(i · 𝐴)↑𝑚))
37 id 22 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚𝑛 = 𝑚)
3836, 37oveq12d 7151 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
39 eqid 2820 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))
40 ovex 7166 . . . . . . . . . 10 ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ V
4138, 39, 40fvmpt 6744 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
4241adantl 484 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
43 nnnn0 11883 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℕ0)
44 expcl 13432 . . . . . . . . . 10 ((-(i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
459, 43, 44syl2an 597 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
46 nncn 11624 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℂ)
4746adantl 484 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℂ)
48 nnne0 11650 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ≠ 0)
4948adantl 484 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ≠ 0)
5045, 47, 49divcld 11394 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
5142, 50eqeltrd 2911 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
521, 2, 51serf 13383 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))):ℕ⟶ℂ)
5352ffvelrnda 6827 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) ∈ ℂ)
54 oveq2 7141 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → ((i · 𝐴)↑𝑛) = ((i · 𝐴)↑𝑚))
5554, 37oveq12d 7151 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
56 eqid 2820 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))
57 ovex 7166 . . . . . . . . . 10 (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ V
5855, 56, 57fvmpt 6744 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
5958adantl 484 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) = (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚))
60 expcl 13432 . . . . . . . . . 10 (((i · 𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
618, 43, 60syl2an 597 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · 𝐴)↑𝑚) ∈ ℂ)
6261, 47, 49divcld 11394 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
6359, 62eqeltrd 2911 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
641, 2, 63serf 13383 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))):ℕ⟶ℂ)
6564ffvelrnda 6827 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑘) ∈ ℂ)
66 simpr 487 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
6766, 1eleqtrdi 2921 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
68 simpl 485 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1))
69 elfznn 12920 . . . . . . 7 (𝑚 ∈ (1...𝑘) → 𝑚 ∈ ℕ)
7068, 69, 51syl2an 597 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
7168, 69, 63syl2an 597 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑚 ∈ (1...𝑘)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℂ)
7238, 55oveq12d 7151 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
73 eqid 2820 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))
74 ovex 7166 . . . . . . . . . 10 (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)) ∈ V
7572, 73, 74fvmpt 6744 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((-(i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛) − (((i · 𝐴)↑𝑛) / 𝑛)))‘𝑚) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
7675adantl 484 . . . . . . . 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 7151 . . . . . . . 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 2858 . . . . . . 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 597 . . . . . 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 13398 . . . . 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 14970 . . . 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 10597 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
8325, 8, 82sylancr 589 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
84 bndatandm 25494 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → 𝐴 ∈ dom arctan)
85 atandm2 25442 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
8684, 85sylib 220 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
8786simp3d 1140 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
8883, 87logcld 25141 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
89 subcl 10863 . . . . . . 7 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
9025, 8, 89sylancr 589 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
9186simp2d 1139 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
9290, 91logcld 25141 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
9388, 92neg2subd 10992 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → (-(log‘(1 + (i · 𝐴))) − -(log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
9481, 93breqtrd 5068 . . 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 10975 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)) ∈ ℂ)
9676, 95eqeltrd 2911 . . 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 10865 . . . . . . . . 9 -i ∈ ℂ
9943adantl 484 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℕ0)
100 expcl 13432 . . . . . . . . 9 ((-i ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (-i↑𝑚) ∈ ℂ)
10198, 99, 100sylancr 589 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-i↑𝑚) ∈ ℂ)
102 expcl 13432 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (i↑𝑚) ∈ ℂ)
1033, 99, 102sylancr 589 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (i↑𝑚) ∈ ℂ)
104101, 103subcld 10975 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) ∈ ℂ)
105 2cnd 11694 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℂ)
106 2ne0 11720 . . . . . . . 8 2 ≠ 0
107106a1i 11 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 2 ≠ 0)
10897, 104, 105, 107div23d 11431 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) = ((i / 2) · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))))
109108oveq1d 7148 . . . . 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 483 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (i / 2) ∈ ℂ)
111 expcl 13432 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑚) ∈ ℂ)
1126, 43, 111syl2an 597 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐴𝑚) ∈ ℂ)
113112, 47, 49divcld 11394 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝐴𝑚) / 𝑚) ∈ ℂ)
114110, 104, 113mulassd 10642 . . . . 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 11075 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) = (((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)) − ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚))))
1166adantr 483 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
117 mulneg1 11054 . . . . . . . . . . . . 13 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (-i · 𝐴) = -(i · 𝐴))
1183, 116, 117sylancr 589 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-i · 𝐴) = -(i · 𝐴))
119118oveq1d 7148 . . . . . . . . . . 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 13510 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-i · 𝐴)↑𝑚) = ((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
122119, 121eqtr3d 2857 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (-(i · 𝐴)↑𝑚) = ((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
12397, 116, 99mulexpd 13510 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((i · 𝐴)↑𝑚) = ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚)))
124122, 123oveq12d 7151 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)) = (((-i↑𝑚) · (𝐴𝑚)) − ((i↑𝑚) · (𝐴𝑚))))
125115, 124eqtr4d 2858 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) = ((-(i · 𝐴)↑𝑚) − ((i · 𝐴)↑𝑚)))
126125oveq1d 7148 . . . . . . 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 11429 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · (𝐴𝑚)) / 𝑚) = (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
12845, 61, 47, 49divsubdird 11433 . . . . . . 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 2863 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) = (((-(i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚) − (((i · 𝐴)↑𝑚) / 𝑚)))
130129oveq2d 7149 . . . . 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 2859 . . . 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 7141 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (-i↑𝑛) = (-i↑𝑚))
133 oveq2 7141 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → (i↑𝑛) = (i↑𝑚))
134132, 133oveq12d 7151 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛)) = ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚)))
135134oveq2d 7149 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) = (i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))))
136135oveq1d 7148 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ((i · ((-i↑𝑛) − (i↑𝑛))) / 2) = ((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2))
137 oveq2 7141 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑚))
138137, 37oveq12d 7151 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ((𝐴𝑛) / 𝑛) = ((𝐴𝑚) / 𝑚))
139136, 138oveq12d 7151 . . . . . 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 7166 . . . . . 6 (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)) ∈ V
142139, 140, 141fvmpt 6744 . . . . 5 (𝑚 ∈ ℕ → (𝐹𝑚) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
143142adantl 484 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐹𝑚) = (((i · ((-i↑𝑚) − (i↑𝑚))) / 2) · ((𝐴𝑚) / 𝑚)))
14476oveq2d 7149 . . . 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 2865 . . 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 14994 . 2 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
147 atanval 25449 . . 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 5070 1 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐴) < 1) → seq1( + , 𝐹) ⇝ (arctan‘𝐴))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   ∧ w3a 1083   = wceq 1537   ∈ wcel 2114   ≠ wne 3006  Vcvv 3473   class class class wbr 5042   ↦ cmpt 5122  dom cdm 5531  ‘cfv 6331  (class class class)co 7133  ℂcc 10513  ℝcr 10514  0cc0 10515  1c1 10516  ici 10517   + caddc 10518   · cmul 10520   < clt 10653   − cmin 10848  -cneg 10849   / cdiv 11275  ℕcn 11616  2c2 11671  ℕ0cn0 11876  ℤ≥cuz 12222  ...cfz 12876  seqcseq 13353  ↑cexp 13414  abscabs 14573   ⇝ cli 14821  logclog 25125  arctancatan 25429 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2792  ax-rep 5166  ax-sep 5179  ax-nul 5186  ax-pow 5242  ax-pr 5306  ax-un 7439  ax-inf2 9082  ax-cnex 10571  ax-resscn 10572  ax-1cn 10573  ax-icn 10574  ax-addcl 10575  ax-addrcl 10576  ax-mulcl 10577  ax-mulrcl 10578  ax-mulcom 10579  ax-addass 10580  ax-mulass 10581  ax-distr 10582  ax-i2m1 10583  ax-1ne0 10584  ax-1rid 10585  ax-rnegex 10586  ax-rrecex 10587  ax-cnre 10588  ax-pre-lttri 10589  ax-pre-lttrn 10590  ax-pre-ltadd 10591  ax-pre-mulgt0 10592  ax-pre-sup 10593  ax-addf 10594  ax-mulf 10595 This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2653  df-clab 2799  df-cleq 2813  df-clel 2891  df-nfc 2959  df-ne 3007  df-nel 3111  df-ral 3130  df-rex 3131  df-reu 3132  df-rmo 3133  df-rab 3134  df-v 3475  df-sbc 3753  df-csb 3861  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3932  df-nul 4270  df-if 4444  df-pw 4517  df-sn 4544  df-pr 4546  df-tp 4548  df-op 4550  df-uni 4815  df-int 4853  df-iun 4897  df-iin 4898  df-br 5043  df-opab 5105  df-mpt 5123  df-tr 5149  df-id 5436  df-eprel 5441  df-po 5450  df-so 5451  df-fr 5490  df-se 5491  df-we 5492  df-xp 5537  df-rel 5538  df-cnv 5539  df-co 5540  df-dm 5541  df-rn 5542  df-res 5543  df-ima 5544  df-pred 6124  df-ord 6170  df-on 6171  df-lim 6172  df-suc 6173  df-iota 6290  df-fun 6333  df-fn 6334  df-f 6335  df-f1 6336  df-fo 6337  df-f1o 6338  df-fv 6339  df-isom 6340  df-riota 7091  df-ov 7136  df-oprab 7137  df-mpo 7138  df-of 7387  df-om 7559  df-1st 7667  df-2nd 7668  df-supp 7809  df-wrecs 7925  df-recs 7986  df-rdg 8024  df-1o 8080  df-2o 8081  df-oadd 8084  df-er 8267  df-map 8386  df-pm 8387  df-ixp 8440  df-en 8488  df-dom 8489  df-sdom 8490  df-fin 8491  df-fsupp 8812  df-fi 8853  df-sup 8884  df-inf 8885  df-oi 8952  df-card 9346  df-pnf 10655  df-mnf 10656  df-xr 10657  df-ltxr 10658  df-le 10659  df-sub 10850  df-neg 10851  df-div 11276  df-nn 11617  df-2 11679  df-3 11680  df-4 11681  df-5 11682  df-6 11683  df-7 11684  df-8 11685  df-9 11686  df-n0 11877  df-z 11961  df-dec 12078  df-uz 12223  df-q 12328  df-rp 12369  df-xneg 12486  df-xadd 12487  df-xmul 12488  df-ioo 12721  df-ioc 12722  df-ico 12723  df-icc 12724  df-fz 12877  df-fzo 13018  df-fl 13146  df-mod 13222  df-seq 13354  df-exp 13415  df-fac 13619  df-bc 13648  df-hash 13676  df-shft 14406  df-cj 14438  df-re 14439  df-im 14440  df-sqrt 14574  df-abs 14575  df-limsup 14808  df-clim 14825  df-rlim 14826  df-sum 15023  df-ef 15401  df-sin 15403  df-cos 15404  df-tan 15405  df-pi 15406  df-struct 16464  df-ndx 16465  df-slot 16466  df-base 16468  df-sets 16469  df-ress 16470  df-plusg 16557  df-mulr 16558  df-starv 16559  df-sca 16560  df-vsca 16561  df-ip 16562  df-tset 16563  df-ple 16564  df-ds 16566  df-unif 16567  df-hom 16568  df-cco 16569  df-rest 16675  df-topn 16676  df-0g 16694  df-gsum 16695  df-topgen 16696  df-pt 16697  df-prds 16700  df-xrs 16754  df-qtop 16759  df-imas 16760  df-xps 16762  df-mre 16836  df-mrc 16837  df-acs 16839  df-mgm 17831  df-sgrp 17880  df-mnd 17891  df-submnd 17936  df-mulg 18204  df-cntz 18426  df-cmn 18887  df-psmet 20513  df-xmet 20514  df-met 20515  df-bl 20516  df-mopn 20517  df-fbas 20518  df-fg 20519  df-cnfld 20522  df-top 21478  df-topon 21495  df-topsp 21517  df-bases 21530  df-cld 21603  df-ntr 21604  df-cls 21605  df-nei 21682  df-lp 21720  df-perf 21721  df-cn 21811  df-cnp 21812  df-haus 21899  df-cmp 21971  df-tx 22146  df-hmeo 22339  df-fil 22430  df-fm 22522  df-flim 22523  df-flf 22524  df-xms 22906  df-ms 22907  df-tms 22908  df-cncf 23462  df-limc 24448  df-dv 24449  df-ulm 24951  df-log 25127  df-atan 25432 This theorem is referenced by:  atantayl2  25503
 Copyright terms: Public domain W3C validator