cos3t - Mathbox for Ender Ting

	Mathbox for Ender Ting		< Previous Next > Nearby theorems
Mirrors > Home > MPE Home > Th. List > Mathboxes > cos3t		Structured version Visualization version GIF version

Theorem cos3t 48123

Description: Triple-angle formula for cosine, in pure cosine form. (Contributed by Ender Ting, 16-Mar-2026.)

**Assertion**
Ref	Expression
cos3t	⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘(3 · 𝐴)) = ((4 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (3 · (cos‘𝐴))))

**Proof of Theorem cos3t**
Step	Hyp	Ref	Expression
1		df-3 12433	. . . . 5 ⊢ 3 = (2 + 1)
2	1	oveq1i 7453	. . . 4 ⊢ (3 · 𝐴) = ((2 + 1) · 𝐴)
3		2cnd 12448	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 2 ∈ ℂ)
4		1cnd 11329	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 1 ∈ ℂ)
5		id 23	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 ∈ ℂ)
6	3, 4, 5	adddird 11361	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 + 1) · 𝐴) = ((2 · 𝐴) + (1 · 𝐴)))
7	2, 6	eqtrid 2810	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (3 · 𝐴) = ((2 · 𝐴) + (1 · 𝐴)))
8	7	fveq2d 6912	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘(3 · 𝐴)) = (cos‘((2 · 𝐴) + (1 · 𝐴))))
9	3, 5	mulcld 11356	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · 𝐴) ∈ ℂ)
10	4, 5	mulcld 11356	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (1 · 𝐴) ∈ ℂ)
11		cosadd 16362	. . 3 ⊢ (((2 · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (1 · 𝐴) ∈ ℂ) → (cos‘((2 · 𝐴) + (1 · 𝐴))) = (((cos‘(2 · 𝐴)) · (cos‘(1 · 𝐴))) − ((sin‘(2 · 𝐴)) · (sin‘(1 · 𝐴)))))
12	9, 10, 11	syl2anc 596	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘((2 · 𝐴) + (1 · 𝐴))) = (((cos‘(2 · 𝐴)) · (cos‘(1 · 𝐴))) − ((sin‘(2 · 𝐴)) · (sin‘(1 · 𝐴)))))
13		cos2t 16375	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘(2 · 𝐴)) = ((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) − 1))
14		mullid 11334	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (1 · 𝐴) = 𝐴)
15	14	fveq2d 6912	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘(1 · 𝐴)) = (cos‘𝐴))
16	13, 15	oveq12d 7461	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘(2 · 𝐴)) · (cos‘(1 · 𝐴))) = (((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) − 1) · (cos‘𝐴)))
17		coscl 16324	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘𝐴) ∈ ℂ)
18	17	sqcld 14314	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴)↑2) ∈ ℂ)
19	3, 18	mulcld 11356	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · ((cos‘𝐴)↑2)) ∈ ℂ)
20	19, 4, 17	subdird 11800	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) − 1) · (cos‘𝐴)) = (((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) · (cos‘𝐴)) − (1 · (cos‘𝐴))))
21	3, 18, 17	mulassd 11359	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) · (cos‘𝐴)) = (2 · (((cos‘𝐴)↑2) · (cos‘𝐴))))
22	1	oveq2i 7454	. . . . . . . . 9 ⊢ ((cos‘𝐴)↑3) = ((cos‘𝐴)↑(2 + 1))
23		2nn0 12650	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℕ₀
24	23	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 2 ∈ ℕ₀)
25	17, 24	expp1d 14317	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴)↑(2 + 1)) = (((cos‘𝐴)↑2) · (cos‘𝐴)))
26	22, 25	eqtr2id 2811	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((cos‘𝐴)↑2) · (cos‘𝐴)) = ((cos‘𝐴)↑3))
27	26	oveq2d 7459	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · (((cos‘𝐴)↑2) · (cos‘𝐴))) = (2 · ((cos‘𝐴)↑3)))
28	21, 27	eqtrd 2798	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) · (cos‘𝐴)) = (2 · ((cos‘𝐴)↑3)))
29	28	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((2 · ((cos‘𝐴)↑2)) · (cos‘𝐴)) − (1 · (cos‘𝐴))) = ((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (1 · (cos‘𝐴))))
30	16, 20, 29	3eqtrd 2802	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘(2 · 𝐴)) · (cos‘(1 · 𝐴))) = ((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (1 · (cos‘𝐴))))
31		sin2t 16374	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (sin‘(2 · 𝐴)) = (2 · ((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴))))
32	14	fveq2d 6912	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (sin‘(1 · 𝐴)) = (sin‘𝐴))
33	31, 32	oveq12d 7461	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘(2 · 𝐴)) · (sin‘(1 · 𝐴))) = ((2 · ((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴))) · (sin‘𝐴)))
34		sincl 16323	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (sin‘𝐴) ∈ ℂ)
35	34, 17	mulcld 11356	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴)) ∈ ℂ)
36	3, 35, 34	mulassd 11359	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 · ((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴))) · (sin‘𝐴)) = (2 · (((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴)) · (sin‘𝐴))))
37	34, 17, 34	mulassd 11359	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴)) · (sin‘𝐴)) = ((sin‘𝐴) · ((cos‘𝐴) · (sin‘𝐴))))
38	34, 17, 34	mul12d 11546	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘𝐴) · ((cos‘𝐴) · (sin‘𝐴))) = ((cos‘𝐴) · ((sin‘𝐴) · (sin‘𝐴))))
39	34	sqvald 14313	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘𝐴)↑2) = ((sin‘𝐴) · (sin‘𝐴)))
40	39	eqcomd 2769	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘𝐴) · (sin‘𝐴)) = ((sin‘𝐴)↑2))
41	40	oveq2d 7459	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴) · ((sin‘𝐴) · (sin‘𝐴))) = ((cos‘𝐴) · ((sin‘𝐴)↑2)))
42	37, 38, 41	3eqtrd 2802	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴)) · (sin‘𝐴)) = ((cos‘𝐴) · ((sin‘𝐴)↑2)))
43	34	sqcld 14314	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘𝐴)↑2) ∈ ℂ)
44		sincossq 16373	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((sin‘𝐴)↑2) + ((cos‘𝐴)↑2)) = 1)
45	43, 18, 44	mvlraddd 11751	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘𝐴)↑2) = (1 − ((cos‘𝐴)↑2)))
46	45	oveq2d 7459	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴) · ((sin‘𝐴)↑2)) = ((cos‘𝐴) · (1 − ((cos‘𝐴)↑2))))
47	17, 4, 18	subdid 11799	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴) · (1 − ((cos‘𝐴)↑2))) = (((cos‘𝐴) · 1) − ((cos‘𝐴) · ((cos‘𝐴)↑2))))
48	17	mulridd 11353	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴) · 1) = (cos‘𝐴))
49	1	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 3 = (2 + 1))
50	49	oveq2d 7459	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴)↑3) = ((cos‘𝐴)↑(2 + 1)))
51	18, 17	mulcomd 11357	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((cos‘𝐴)↑2) · (cos‘𝐴)) = ((cos‘𝐴) · ((cos‘𝐴)↑2)))
52	50, 25, 51	3eqtrrd 2803	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴) · ((cos‘𝐴)↑2)) = ((cos‘𝐴)↑3))
53	48, 52	oveq12d 7461	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((cos‘𝐴) · 1) − ((cos‘𝐴) · ((cos‘𝐴)↑2))) = ((cos‘𝐴) − ((cos‘𝐴)↑3)))
54	47, 53	eqtrd 2798	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴) · (1 − ((cos‘𝐴)↑2))) = ((cos‘𝐴) − ((cos‘𝐴)↑3)))
55	42, 46, 54	3eqtrd 2802	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴)) · (sin‘𝐴)) = ((cos‘𝐴) − ((cos‘𝐴)↑3)))
56	55	oveq2d 7459	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · (((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴)) · (sin‘𝐴))) = (2 · ((cos‘𝐴) − ((cos‘𝐴)↑3))))
57	36, 56	eqtrd 2798	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 · ((sin‘𝐴) · (cos‘𝐴))) · (sin‘𝐴)) = (2 · ((cos‘𝐴) − ((cos‘𝐴)↑3))))
58		3nn0 12651	. . . . . . . 8 ⊢ 3 ∈ ℕ₀
59	58	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 3 ∈ ℕ₀)
60	17, 59	expcld 14316	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((cos‘𝐴)↑3) ∈ ℂ)
61	3, 17, 60	subdid 11799	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · ((cos‘𝐴) − ((cos‘𝐴)↑3))) = ((2 · (cos‘𝐴)) − (2 · ((cos‘𝐴)↑3))))
62	33, 57, 61	3eqtrd 2802	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((sin‘(2 · 𝐴)) · (sin‘(1 · 𝐴))) = ((2 · (cos‘𝐴)) − (2 · ((cos‘𝐴)↑3))))
63	30, 62	oveq12d 7461	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((cos‘(2 · 𝐴)) · (cos‘(1 · 𝐴))) − ((sin‘(2 · 𝐴)) · (sin‘(1 · 𝐴)))) = (((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (1 · (cos‘𝐴))) − ((2 · (cos‘𝐴)) − (2 · ((cos‘𝐴)↑3)))))
64	3, 60	mulcld 11356	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · ((cos‘𝐴)↑3)) ∈ ℂ)
65	4, 17	mulcld 11356	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (1 · (cos‘𝐴)) ∈ ℂ)
66	3, 17	mulcld 11356	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 · (cos‘𝐴)) ∈ ℂ)
67	64, 65, 66, 64	subadd4d 11744	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (1 · (cos‘𝐴))) − ((2 · (cos‘𝐴)) − (2 · ((cos‘𝐴)↑3)))) = (((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) + (2 · ((cos‘𝐴)↑3))) − ((1 · (cos‘𝐴)) + (2 · (cos‘𝐴)))))
68	3, 3, 60	adddird 11361	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 + 2) · ((cos‘𝐴)↑3)) = ((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) + (2 · ((cos‘𝐴)↑3))))
69		2p2e4 12504	. . . . . . 7 ⊢ (2 + 2) = 4
70	69	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (2 + 2) = 4)
71	70	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 + 2) · ((cos‘𝐴)↑3)) = (4 · ((cos‘𝐴)↑3)))
72	68, 71	eqtr3d 2800	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) + (2 · ((cos‘𝐴)↑3))) = (4 · ((cos‘𝐴)↑3)))
73	4, 3, 17	adddird 11361	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((1 + 2) · (cos‘𝐴)) = ((1 · (cos‘𝐴)) + (2 · (cos‘𝐴))))
74		1p2e3 12512	. . . . . . 7 ⊢ (1 + 2) = 3
75	74	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (1 + 2) = 3)
76	75	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((1 + 2) · (cos‘𝐴)) = (3 · (cos‘𝐴)))
77	73, 76	eqtr3d 2800	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((1 · (cos‘𝐴)) + (2 · (cos‘𝐴))) = (3 · (cos‘𝐴)))
78	72, 77	oveq12d 7461	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((2 · ((cos‘𝐴)↑3)) + (2 · ((cos‘𝐴)↑3))) − ((1 · (cos‘𝐴)) + (2 · (cos‘𝐴)))) = ((4 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (3 · (cos‘𝐴))))
79	63, 67, 78	3eqtrd 2802	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (((cos‘(2 · 𝐴)) · (cos‘(1 · 𝐴))) − ((sin‘(2 · 𝐴)) · (sin‘(1 · 𝐴)))) = ((4 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (3 · (cos‘𝐴))))
80	8, 12, 79	3eqtrd 2802	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (cos‘(3 · 𝐴)) = ((4 · ((cos‘𝐴)↑3)) − (3 · (cos‘𝐴))))

Colors of variables: wff setvar class

This proof depends on syntax axioms: → wi 4 = wceq 1570 ∈ wcel 2147 ‘cfv 6558 (class class class)co 7443 ℂcc 11225 1c1 11228 + caddc 11230 · cmul 11232 − cmin 11568 2c2 12424 3c3 12425 4c4 12426 ℕ₀cn0 12633 ↑cexp 14231 sincsin 16258 cosccos 16259

This proof depends on axioms: ax-mp 5 ax-1 6 ax-2 7 ax-3 8 ax-gen 1828 ax-4 1842 ax-5 1945 ax-6 2002 ax-7 2043 ax-8 2149 ax-9 2157 ax-10 2180 ax-11 2197 ax-12 2216 ax-ext 2735 ax-rep 5235 ax-sep 5252 ax-nul 5263 ax-pow 5331 ax-pr 5395 ax-un 7775 ax-inf2 9669 ax-cnex 11283 ax-resscn 11284 ax-1cn 11285 ax-icn 11286 ax-addcl 11287 ax-addrcl 11288 ax-mulcl 11289 ax-mulrcl 11290 ax-mulcom 11291 ax-addass 11292 ax-mulass 11293 ax-distr 11294 ax-i2m1 11295 ax-1ne0 11296 ax-1rid 11297 ax-rnegex 11298 ax-rrecex 11299 ax-cnre 11300 ax-pre-lttri 11301 ax-pre-lttrn 11302 ax-pre-ltadd 11303 ax-pre-mulgt0 11304 ax-pre-sup 11305

This proof depends on definitions: df-bi 210 df-an 402 df-or 862 df-3or 1104 df-3an 1105 df-tru 1573 df-fal 1583 df-ex 1813 df-nf 1817 df-sb 2102 df-mo 2567 df-eu 2597 df-clab 2742 df-cleq 2755 df-clel 2839 df-nfc 2913 df-ne 2960 df-nel 3066 df-ral 3081 df-rex 3091 df-rmo 3369 df-reu 3370 df-rab 3417 df-v 3456 df-sbc 3743 df-csb 3852 df-ss 3901 df-pss 4017 df-dif 4050 df-in 4094 df-un 4154 df-nul 4282 df-if 4486 df-pw 4562 df-sn 4589 df-pr 4591 df-op 4839 df-uni 4871 df-int 4911 df-iun 4956 df-br 5107 df-opab 5171 df-mpt 5190 df-tr 5216 df-id 5550 df-eprel 5555 df-po 5563 df-so 5564 df-fr 5608 df-se 5609 df-we 5610 df-xp 5661 df-rel 5662 df-cnv 5663 df-co 5664 df-dm 5665 df-rn 5666 df-res 5667 df-ima 5668 df-pred 6322 df-ord 6383 df-on 6384 df-lim 6385 df-suc 6386 df-iota 6512 df-fun 6560 df-fn 6561 df-f 6562 df-f1 6563 df-fo 6564 df-f1o 6565 df-fv 6566 df-isom 6567 df-riota 7400 df-ov 7446 df-oprab 7447 df-mpo 7448 df-om 7902 df-1st 8025 df-2nd 8026 df-frecs 8327 df-wrecs 8358 df-recs 8407 df-rdg 8446 df-1o 8504 df-er 8745 df-pm 8878 df-en 9002 df-dom 9003 df-sdom 9004 df-fin 9005 df-sup 9461 df-inf 9462 df-oi 9531 df-card 10047 df-pnf 11372 df-mnf 11373 df-xr 11374 df-ltxr 11375 df-le 11376 df-sub 11570 df-neg 11571 df-div 12001 df-nn 12363 df-2 12432 df-3 12433 df-4 12434 df-n0 12634 df-z 12721 df-uz 12993 df-rp 13148 df-ico 13509 df-fz 13667 df-fzo 13816 df-fl 13959 df-seq 14172 df-exp 14232 df-fac 14445 df-bc 14474 df-hash 14502 df-shft 15249 df-cj 15295 df-re 15296 df-im 15297 df-sqrt 15431 df-abs 15432 df-limsup 15667 df-clim 15684 df-rlim 15685 df-sum 15883 df-ef 16262 df-sin 16264 df-cos 16265

This theorem is used by: sin5t 48129

W3C validator