MPE Home 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  cc 10513  cr 10514  0cc0 10515  1c1 10516  ici 10517   + caddc 10518   · cmul 10520   < clt 10653  cmin 10848  -cneg 10849   / cdiv 11275  cn 11616  2c2 11671  0cn0 11876  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