Theorem dirkerval2 46544

Description: The N_th Dirichlet kernel evaluated at a specific point 𝑆. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019.)

Hypothesis

Ref	Expression
dirkerval2.1	⊢ 𝐷 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (𝑠 ∈ ℝ ↦ if((𝑠 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑛) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑛 + (1 / 2)) · 𝑠)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2)))))))

Assertion

Ref	Expression
dirkerval2	⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) → ((𝐷‘𝑁)‘𝑆) = if((𝑆 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2))))))

Distinct variable groups:   𝑁,𝑠   𝑛,𝑠

Allowed substitution hints:   𝐷(𝑛,𝑠)   𝑆(𝑛,𝑠)   𝑁(𝑛)

Proof of Theorem dirkerval2

Dummy variable 𝑡 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dirkerval2.1	. . . . 5 ⊢ 𝐷 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (𝑠 ∈ ℝ ↦ if((𝑠 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑛) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑛 + (1 / 2)) · 𝑠)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2)))))))
2	1	dirkerval 46541	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝐷‘𝑁) = (𝑠 ∈ ℝ ↦ if((𝑠 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑠)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2)))))))
3		oveq1 7370	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → (𝑠 mod (2 · π)) = (𝑡 mod (2 · π)))
4	3	eqeq1d 2742	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → ((𝑠 mod (2 · π)) = 0 ↔ (𝑡 mod (2 · π)) = 0))
5		oveq2 7371	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → ((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑠) = ((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡))
6	5	fveq2d 6838	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → (sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑠)) = (sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)))
7		fvoveq1 7386	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → (sin‘(𝑠 / 2)) = (sin‘(𝑡 / 2)))
8	7	oveq2d 7379	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2))) = ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2))))
9	6, 8	oveq12d 7381	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑠)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2)))) = ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2)))))
10	4, 9	ifbieq2d 4488	. . . . 5 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → if((𝑠 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑠)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2))))) = if((𝑡 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2))))))
11	10	cbvmptv 5183	. . . 4 ⊢ (𝑠 ∈ ℝ ↦ if((𝑠 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑠)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑠 / 2)))))) = (𝑡 ∈ ℝ ↦ if((𝑡 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2))))))
12	2, 11	eqtrdi 2791	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝐷‘𝑁) = (𝑡 ∈ ℝ ↦ if((𝑡 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2)))))))
13	12	adantr 481	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) → (𝐷‘𝑁) = (𝑡 ∈ ℝ ↦ if((𝑡 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2)))))))
14		simpr 485	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → 𝑡 = 𝑆)
15	14	oveq1d 7378	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → (𝑡 mod (2 · π)) = (𝑆 mod (2 · π)))
16	15	eqeq1d 2742	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → ((𝑡 mod (2 · π)) = 0 ↔ (𝑆 mod (2 · π)) = 0))
17	14	oveq2d 7379	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → ((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡) = ((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆))
18	17	fveq2d 6838	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → (sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) = (sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)))
19	14	fvoveq1d 7385	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → (sin‘(𝑡 / 2)) = (sin‘(𝑆 / 2)))
20	19	oveq2d 7379	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2))) = ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2))))
21	18, 20	oveq12d 7381	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2)))) = ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2)))))
22	16, 21	ifbieq2d 4488	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ 𝑡 = 𝑆) → if((𝑡 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑡)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑡 / 2))))) = if((𝑆 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2))))))
23		simpr 485	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) → 𝑆 ∈ ℝ)
24		2re 12253	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℝ
25	24	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
26		nnre 12179	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ)
27	25, 26	remulcld 11173	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℝ)
28		1red 11143	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
29	27, 28	readdcld 11172	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℝ)
30		pire 26446	. . . . . . 7 ⊢ π ∈ ℝ
31	30	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → π ∈ ℝ)
32	25, 31	remulcld 11173	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2 · π) ∈ ℝ)
33		2cnd 12257	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
34	31	recnd 11171	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → π ∈ ℂ)
35		2pos 12282	. . . . . . . 8 ⊢ 0 < 2
36	35	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 2)
37	36	gt0ne0d 11712	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 2 ≠ 0)
38		pipos 26448	. . . . . . . 8 ⊢ 0 < π
39	38	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 0 < π)
40	39	gt0ne0d 11712	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → π ≠ 0)
41	33, 34, 37, 40	mulne0d 11800	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2 · π) ≠ 0)
42	29, 32, 41	redivcld 11981	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)) ∈ ℝ)
43	42	ad2antrr 732	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ (𝑆 mod (2 · π)) = 0) → (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)) ∈ ℝ)
44		dirker2re 46542	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) ∧ ¬ (𝑆 mod (2 · π)) = 0) → ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2)))) ∈ ℝ)
45	43, 44	ifclda 4497	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) → if((𝑆 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2))))) ∈ ℝ)
46	13, 22, 23, 45	fvmptd 6950	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑆 ∈ ℝ) → ((𝐷‘𝑁)‘𝑆) = if((𝑆 mod (2 · π)) = 0, (((2 · 𝑁) + 1) / (2 · π)), ((sin‘((𝑁 + (1 / 2)) · 𝑆)) / ((2 · π) · (sin‘(𝑆 / 2))))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1547   ∈ wcel 2119  ifcif 4461   class class class wbr 5079   ↦ cmpt 5160  ‘cfv 6492  (class class class)co 7363  ℝcr 11035  0cc0 11036  1c1 11037   + caddc 11039   · cmul 11041   < clt 11177   / cdiv 11805  ℕcn 12172  2c2 12234   mod cmo 13826  sincsin 16026  πcpi 16029

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1974  ax-7 2015  ax-8 2121  ax-9 2129  ax-10 2152  ax-11 2168  ax-12 2189  ax-ext 2712  ax-rep 5206  ax-sep 5225  ax-nul 5235  ax-pow 5301  ax-pr 5369  ax-un 7685  ax-inf2 9560  ax-cnex 11092  ax-resscn 11093  ax-1cn 11094  ax-icn 11095  ax-addcl 11096  ax-addrcl 11097  ax-mulcl 11098  ax-mulrcl 11099  ax-mulcom 11100  ax-addass 11101  ax-mulass 11102  ax-distr 11103  ax-i2m1 11104  ax-1ne0 11105  ax-1rid 11106  ax-rnegex 11107  ax-rrecex 11108  ax-cnre 11109  ax-pre-lttri 11110  ax-pre-lttrn 11111  ax-pre-ltadd 11112  ax-pre-mulgt0 11113  ax-pre-sup 11114  ax-addf 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 854  df-3or 1093  df-3an 1094  df-tru 1550  df-fal 1560  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2543  df-eu 2573  df-clab 2719  df-cleq 2732  df-clel 2815  df-nfc 2889  df-ne 2936  df-nel 3040  df-ral 3055  df-rex 3065  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3393  df-v 3434  df-sbc 3731  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4269  df-if 4462  df-pw 4538  df-sn 4563  df-pr 4565  df-tp 4567  df-op 4569  df-uni 4846  df-int 4885  df-iun 4930  df-iin 4931  df-br 5080  df-opab 5142  df-mpt 5161  df-tr 5187  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-se 5579  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7320  df-ov 7366  df-oprab 7367  df-mpo 7368  df-of 7627  df-om 7814  df-1st 7938  df-2nd 7939  df-supp 8108  df-frecs 8228  df-wrecs 8259  df-recs 8308  df-rdg 8346  df-1o 8402  df-2o 8403  df-er 8640  df-map 8772  df-pm 8773  df-ixp 8843  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-fin 8894  df-fsupp 9272  df-fi 9321  df-sup 9352  df-inf 9353  df-oi 9422  df-card 9861  df-pnf 11179  df-mnf 11180  df-xr 11181  df-ltxr 11182  df-le 11183  df-sub 11377  df-neg 11378  df-div 11806  df-nn 12173  df-2 12242  df-3 12243  df-4 12244  df-5 12245  df-6 12246  df-7 12247  df-8 12248  df-9 12249  df-n0 12436  df-z 12523  df-dec 12643  df-uz 12787  df-q 12897  df-rp 12941  df-xneg 13061  df-xadd 13062  df-xmul 13063  df-ioo 13300  df-ioc 13301  df-ico 13302  df-icc 13303  df-fz 13460  df-fzo 13607  df-fl 13749  df-mod 13827  df-seq 13962  df-exp 14022  df-fac 14234  df-bc 14263  df-hash 14291  df-shft 15027  df-cj 15059  df-re 15060  df-im 15061  df-sqrt 15195  df-abs 15196  df-limsup 15431  df-clim 15448  df-rlim 15449  df-sum 15647  df-ef 16030  df-sin 16032  df-cos 16033  df-pi 16035  df-struct 17115  df-sets 17132  df-slot 17150  df-ndx 17162  df-base 17178  df-ress 17199  df-plusg 17231  df-mulr 17232  df-starv 17233  df-sca 17234  df-vsca 17235  df-ip 17236  df-tset 17237  df-ple 17238  df-ds 17240  df-unif 17241  df-hom 17242  df-cco 17243  df-rest 17383  df-topn 17384  df-0g 17402  df-gsum 17403  df-topgen 17404  df-pt 17405  df-prds 17408  df-xrs 17464  df-qtop 17469  df-imas 17470  df-xps 17472  df-mre 17546  df-mrc 17547  df-acs 17549  df-mgm 18606  df-sgrp 18685  df-mnd 18701  df-submnd 18750  df-mulg 19042  df-cntz 19290  df-cmn 19755  df-psmet 21346  df-xmet 21347  df-met 21348  df-bl 21349  df-mopn 21350  df-fbas 21351  df-fg 21352  df-cnfld 21355  df-top 22884  df-topon 22901  df-topsp 22923  df-bases 22936  df-cld 23009  df-ntr 23010  df-cls 23011  df-nei 23088  df-lp 23126  df-perf 23127  df-cn 23217  df-cnp 23218  df-haus 23305  df-tx 23552  df-hmeo 23745  df-fil 23836  df-fm 23928  df-flim 23929  df-flf 23930  df-xms 24310  df-ms 24311  df-tms 24312  df-cncf 24870  df-limc 25858  df-dv 25859

This theorem is referenced by:  dirkerre  46545  dirkerper  46546  dirkerf  46547  dirkercncflem2  46554  fourierdlem66  46622