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Theorem log2cnv 27277
Description: Using the Taylor series for arctan(i / 3), produce a rapidly convergent series for log2. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Apr-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
log2cnv.1 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (2 / ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛))))
Assertion
Ref Expression
log2cnv seq0( + , 𝐹) ⇝ (log‘2)

Proof of Theorem log2cnv
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0uz 13006 . . . 4 ℕ0 = (ℤ≥‘0)
2 0zd 12708 . . . 4 (⊤ → 0 ∈ ℤ)
3 2cn 12421 . . . . . 6 2 ∈ ℂ
4 ax-icn 11262 . . . . . 6 i ∈ ℂ
5 ine0 11754 . . . . . 6 i ≠ 0
63, 4, 5divcli 12062 . . . . 5 (2 / i) ∈ ℂ
76a1i 11 . . . 4 (⊤ → (2 / i) ∈ ℂ)
8 3cn 12427 . . . . . . 7 3 ∈ ℂ
9 3ne0 12455 . . . . . . 7 3 ≠ 0
104, 8, 9divcli 12062 . . . . . 6 (i / 3) ∈ ℂ
11 absdiv 15467 . . . . . . . . 9 ((i ∈ ℂ ∧ 3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0) → (abs‘(i / 3)) = ((abs‘i) / (abs‘3)))
124, 8, 9, 11mp3an 1490 . . . . . . . 8 (abs‘(i / 3)) = ((abs‘i) / (abs‘3))
13 absi 15458 . . . . . . . . 9 (abs‘i) = 1
14 3re 12426 . . . . . . . . . 10 3 ∈ ℝ
15 0re 11313 . . . . . . . . . . 11 0 ∈ ℝ
16 3pos 12454 . . . . . . . . . . 11 0 < 3
1715, 14, 16ltleii 11436 . . . . . . . . . 10 0 ≤ 3
18 absid 15468 . . . . . . . . . 10 ((3 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 3) → (abs‘3) = 3)
1914, 17, 18mp2an 705 . . . . . . . . 9 (abs‘3) = 3
2013, 19oveq12i 7432 . . . . . . . 8 ((abs‘i) / (abs‘3)) = (1 / 3)
2112, 20eqtri 2783 . . . . . . 7 (abs‘(i / 3)) = (1 / 3)
22 1lt3 12521 . . . . . . . 8 1 < 3
23 recgt1 12216 . . . . . . . . 9 ((3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3) → (1 < 3 ↔ (1 / 3) < 1))
2414, 16, 23mp2an 705 . . . . . . . 8 (1 < 3 ↔ (1 / 3) < 1)
2522, 24mpbi 233 . . . . . . 7 (1 / 3) < 1
2621, 25eqbrtri 5125 . . . . . 6 (abs‘(i / 3)) < 1
27 eqid 2760 . . . . . . 7 (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1)))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))
2827atantayl3 27272 . . . . . 6 (((i / 3) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i / 3)) < 1) → seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))) ⇝ (arctan‘(i / 3)))
2910, 26, 28mp2an 705 . . . . 5 seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))) ⇝ (arctan‘(i / 3))
3029a1i 11 . . . 4 (⊤ → seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))) ⇝ (arctan‘(i / 3)))
31 oveq2 7428 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → ( -1↑𝑛) = ( -1↑𝑘))
32 oveq2 7428 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑘 → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑘))
3332oveq1d 7435 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑘 → ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑘) + 1))
3433oveq2d 7436 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑘 → ((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) = ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)))
3534, 33oveq12d 7438 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1)) = (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1)))
3631, 35oveq12d 7438 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))) = (( -1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))))
37 ovex 7453 . . . . . . . 8 (( -1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))) ∈ V
3836, 27, 37fvmpt 6993 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) = (( -1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))))
394a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → i ∈ ℂ)
408a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → 3 ∈ ℂ)
419a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → 3 ≠ 0)
42 2nn0 12626 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ ℕ0
43 nn0mulcl 12645 . . . . . . . . . . . . . 14 ((2 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (2 · 𝑘) ∈ ℕ0)
4442, 43mpan 703 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑘) ∈ ℕ0)
45 peano2nn0 12649 . . . . . . . . . . . . 13 ((2 · 𝑘) ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0)
4644, 45syl 18 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0)
4739, 40, 41, 46expdivd 14306 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((i↑((2 · 𝑘) + 1)) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
4847oveq2d 7436 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) = (( -1↑𝑘) · ((i↑((2 · 𝑘) + 1)) / (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
49 neg1cn 12308 . . . . . . . . . . . 12 -1 ∈ ℂ
50 expcl 14225 . . . . . . . . . . . 12 (( -1 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ( -1↑𝑘) ∈ ℂ)
5149, 50mpan 703 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → ( -1↑𝑘) ∈ ℂ)
52 expcl 14225 . . . . . . . . . . . 12 ((i ∈ ℂ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0) → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
534, 46, 52sylancr 599 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
54 3nn 12425 . . . . . . . . . . . . 13 3 ∈ ℕ
55 nnexpcl 14220 . . . . . . . . . . . . 13 ((3 ∈ ℕ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0) → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
5654, 46, 55sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
5756nncnd 12354 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
5856nnne0d 12391 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) ≠ 0)
5951, 53, 57, 58divassd 12131 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) = (( -1↑𝑘) · ((i↑((2 · 𝑘) + 1)) / (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
60 expp1 14214 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((i ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑘) ∈ ℕ0) → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((i↑(2 · 𝑘)) · i))
614, 44, 60sylancr 599 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((i↑(2 · 𝑘)) · i))
62 expmul 14253 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((i ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (i↑(2 · 𝑘)) = ((i↑2)↑𝑘))
634, 42, 62mp3an12 1480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑(2 · 𝑘)) = ((i↑2)↑𝑘))
64 i2 14349 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (i↑2) = -1
6564oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((i↑2)↑𝑘) = ( -1↑𝑘)
6663, 65eqtrdi 2811 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑(2 · 𝑘)) = ( -1↑𝑘))
6766oveq1d 7435 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i↑(2 · 𝑘)) · i) = (( -1↑𝑘) · i))
6861, 67eqtrd 2795 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i↑((2 · 𝑘) + 1)) = (( -1↑𝑘) · i))
6968oveq2d 7436 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) = (( -1↑𝑘) · (( -1↑𝑘) · i)))
7051, 51, 39mulassd 11335 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · ( -1↑𝑘)) · i) = (( -1↑𝑘) · (( -1↑𝑘) · i)))
7149a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → -1 ∈ ℂ)
72 id 23 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℕ0)
7371, 72, 72expaddd 14294 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → ( -1↑(𝑘 + 𝑘)) = (( -1↑𝑘) · ( -1↑𝑘)))
74 expmul 14253 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (( -1 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ( -1↑(2 · 𝑘)) = (( -1↑2)↑𝑘))
7549, 42, 74mp3an12 1480 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0 → ( -1↑(2 · 𝑘)) = (( -1↑2)↑𝑘))
76 neg1sqe1 14342 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ( -1↑2) = 1
7776oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (( -1↑2)↑𝑘) = (1↑𝑘)
7875, 77eqtrdi 2811 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → ( -1↑(2 · 𝑘)) = (1↑𝑘))
79 nn0cn 12619 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℂ)
80792timesd 12592 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑘) = (𝑘 + 𝑘))
8180oveq2d 7436 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → ( -1↑(2 · 𝑘)) = ( -1↑(𝑘 + 𝑘)))
82 nn0z 12720 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℤ)
83 1exp 14237 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℤ → (1↑𝑘) = 1)
8482, 83syl 18 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (1↑𝑘) = 1)
8578, 81, 843eqtr3d 2803 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → ( -1↑(𝑘 + 𝑘)) = 1)
8673, 85eqtr3d 2797 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · ( -1↑𝑘)) = 1)
8786oveq1d 7435 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · ( -1↑𝑘)) · i) = (1 · i))
884mullidi 11317 . . . . . . . . . . . . 13 (1 · i) = i
8987, 88eqtrdi 2811 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · ( -1↑𝑘)) · i) = i)
9069, 70, 893eqtr2d 2801 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) = i)
9190oveq1d 7435 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
9248, 59, 913eqtr2d 2801 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
9392oveq1d 7435 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = ((i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)))
94 expcl 14225 . . . . . . . . . 10 (((i / 3) ∈ ℂ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ0) → ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
9510, 46, 94sylancr 599 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
96 nn0p1nn 12648 . . . . . . . . . . 11 ((2 · 𝑘) ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ)
9744, 96syl 18 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ)
9897nncnd 12354 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℂ)
9997nnne0d 12391 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑘) + 1) ≠ 0)
10051, 95, 98, 99divassd 12131 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = (( -1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))))
10139, 57, 98, 58, 99divdiv1d 12127 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = (i / ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
10293, 100, 1013eqtr3d 2803 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
10357, 98mulcomd 11333 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1)) = (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))))
104103oveq2d 7436 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / ((3↑((2 · 𝑘) + 1)) · ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
10538, 102, 1043eqtrd 2799 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) = (i / (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1)))))
10697, 56nnmulcld 12394 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))) ∈ ℕ)
107106nncnd 12354 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
108106nnne0d 12391 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1))) ≠ 0)
10939, 107, 108divcld 12096 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / (((2 · 𝑘) + 1) · (3↑((2 · 𝑘) + 1)))) ∈ ℂ)
110105, 109eqeltrd 2860 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) ∈ ℂ)
111110adantl 487 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) ∈ ℂ)
11233oveq2d 7436 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (3 · ((2 · 𝑛) + 1)) = (3 · ((2 · 𝑘) + 1)))
113 oveq2 7428 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (9↑𝑛) = (9↑𝑘))
114112, 113oveq12d 7438 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛)) = ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))
115114oveq2d 7436 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑘 → (2 / ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛))) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
116 log2cnv.1 . . . . . . 7 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (2 / ((3 · ((2 · 𝑛) + 1)) · (9↑𝑛))))
117 ovex 7453 . . . . . . 7 (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) ∈ V
118115, 116, 117fvmpt 6993 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐹‘𝑘) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
119 expp1 14214 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((3 ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑘) ∈ ℕ0) → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((3↑(2 · 𝑘)) · 3))
1208, 44, 119sylancr 599 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((3↑(2 · 𝑘)) · 3))
121 expmul 14253 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((3 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (3↑(2 · 𝑘)) = ((3↑2)↑𝑘))
1228, 42, 121mp3an12 1480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑(2 · 𝑘)) = ((3↑2)↑𝑘))
123 sq3 14344 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (3↑2) = 9
124123oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((3↑2)↑𝑘) = (9↑𝑘)
125122, 124eqtrdi 2811 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑(2 · 𝑘)) = (9↑𝑘))
126125oveq1d 7435 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3↑(2 · 𝑘)) · 3) = ((9↑𝑘) · 3))
127 9nn 12444 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 9 ∈ ℕ
128 nnexpcl 14220 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((9 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (9↑𝑘) ∈ ℕ)
129127, 128mpan 703 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (9↑𝑘) ∈ ℕ)
130129nncnd 12354 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (9↑𝑘) ∈ ℂ)
131 mulcom 11289 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((9↑𝑘) ∈ ℂ ∧ 3 ∈ ℂ) → ((9↑𝑘) · 3) = (3 · (9↑𝑘)))
132130, 8, 131sylancl 598 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((9↑𝑘) · 3) = (3 · (9↑𝑘)))
133120, 126, 1323eqtrd 2799 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3↑((2 · 𝑘) + 1)) = (3 · (9↑𝑘)))
13490, 133oveq12d 7438 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · (i↑((2 · 𝑘) + 1))) / (3↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3 · (9↑𝑘))))
13548, 59, 1343eqtr2d 2801 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) = (i / (3 · (9↑𝑘))))
136135oveq1d 7435 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((( -1↑𝑘) · ((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = ((i / (3 · (9↑𝑘))) / ((2 · 𝑘) + 1)))
137 nnmulcl 12362 . . . . . . . . . . . . 13 ((3 ∈ ℕ ∧ (9↑𝑘) ∈ ℕ) → (3 · (9↑𝑘)) ∈ ℕ)
13854, 129, 137sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · (9↑𝑘)) ∈ ℕ)
139138nncnd 12354 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · (9↑𝑘)) ∈ ℂ)
140138nnne0d 12391 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · (9↑𝑘)) ≠ 0)
14139, 139, 98, 140, 99divdiv1d 12127 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / (3 · (9↑𝑘))) / ((2 · 𝑘) + 1)) = (i / ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
142136, 100, 1413eqtr3d 2803 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → (( -1↑𝑘) · (((i / 3)↑((2 · 𝑘) + 1)) / ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1))))
14340, 130, 98mul32d 11523 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1)) = ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))
144143oveq2d 7436 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / ((3 · (9↑𝑘)) · ((2 · 𝑘) + 1))) = (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
14538, 142, 1443eqtrd 2799 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘) = (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
146145oveq2d 7436 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)) = ((2 / i) · (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))))
147 nnmulcl 12362 . . . . . . . . . . . 12 ((3 ∈ ℕ ∧ ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℕ) → (3 · ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
14854, 97, 147sylancr 599 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℕ)
149148, 129nnmulcld 12394 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)) ∈ ℕ)
150149nncnd 12354 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)) ∈ ℂ)
151149nnne0d 12391 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)) ≠ 0)
15239, 150, 151divcld 12096 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) ∈ ℂ)
153 mulcom 11289 . . . . . . . 8 (((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) ∈ ℂ ∧ (2 / i) ∈ ℂ) → ((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) · (2 / i)) = ((2 / i) · (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))))
154152, 6, 153sylancl 598 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) · (2 / i)) = ((2 / i) · (i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘)))))
1553a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℂ)
1565a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → i ≠ 0)
157155, 39, 150, 156, 151dmdcand 12125 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((i / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))) · (2 / i)) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
158146, 154, 1573eqtr2d 2801 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)) = (2 / ((3 · ((2 · 𝑘) + 1)) · (9↑𝑘))))
159118, 158eqtr4d 2798 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐹‘𝑘) = ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)))
160159adantl 487 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘𝑘) = ((2 / i) · ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (( -1↑𝑛) · (((i / 3)↑((2 · 𝑛) + 1)) / ((2 · 𝑛) + 1))))‘𝑘)))
1611, 2, 7, 30, 111, 160isermulc2 15830 . . 3 (⊤ → seq0( + , 𝐹) ⇝ ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))))
162161mptru 1576 . 2 seq0( + , 𝐹) ⇝ ((2 / i) · (arctan‘(i / 3)))
163 bndatandm 27262 . . . . . . . 8 (((i / 3) ∈ ℂ ∧ (abs‘(i / 3)) < 1) → (i / 3) ∈ dom arctan)
16410, 26, 163mp2an 705 . . . . . . 7 (i / 3) ∈ dom arctan
165 atanval 27217 . . . . . . 7 ((i / 3) ∈ dom arctan → (arctan‘(i / 3)) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3)))))))
166164, 165ax-mp 5 . . . . . 6 (arctan‘(i / 3)) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3))))))
167 df-4 12410 . . . . . . . . . . . . 13 4 = (3 + 1)
168167oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . 12 (4 / 3) = ((3 + 1) / 3)
169 ax-1cn 11261 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℂ
1708, 169, 8, 9divdiri 12077 . . . . . . . . . . . 12 ((3 + 1) / 3) = ((3 / 3) + (1 / 3))
1718, 9dividi 12053 . . . . . . . . . . . . 13 (3 / 3) = 1
172171oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . 12 ((3 / 3) + (1 / 3)) = (1 + (1 / 3))
173168, 170, 1723eqtri 2787 . . . . . . . . . . 11 (4 / 3) = (1 + (1 / 3))
174169, 8, 9divcli 12062 . . . . . . . . . . . 12 (1 / 3) ∈ ℂ
175169, 174subnegi 11640 . . . . . . . . . . 11 (1 − -(1 / 3)) = (1 + (1 / 3))
176 divneg 12011 . . . . . . . . . . . . . 14 ((1 ∈ ℂ ∧ 3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0) → -(1 / 3) = ( -1 / 3))
177169, 8, 9, 176mp3an 1490 . . . . . . . . . . . . 13 -(1 / 3) = ( -1 / 3)
178 ixi 11948 . . . . . . . . . . . . . 14 (i · i) = -1
179178oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . . 13 ((i · i) / 3) = ( -1 / 3)
1804, 4, 8, 9divassi 12076 . . . . . . . . . . . . 13 ((i · i) / 3) = (i · (i / 3))
181177, 179, 1803eqtr2i 2789 . . . . . . . . . . . 12 -(1 / 3) = (i · (i / 3))
182181oveq2i 7431 . . . . . . . . . . 11 (1 − -(1 / 3)) = (1 − (i · (i / 3)))
183173, 175, 1823eqtr2ri 2790 . . . . . . . . . 10 (1 − (i · (i / 3))) = (4 / 3)
184183fveq2i 6888 . . . . . . . . 9 (log‘(1 − (i · (i / 3)))) = (log‘(4 / 3))
1858, 9pm3.2i 476 . . . . . . . . . . . . 13 (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)
186 divsubdir 12013 . . . . . . . . . . . . 13 ((3 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ ∧ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)) → ((3 − 1) / 3) = ((3 / 3) − (1 / 3)))
1878, 169, 185, 186mp3an 1490 . . . . . . . . . . . 12 ((3 − 1) / 3) = ((3 / 3) − (1 / 3))
188 3m1e2 12473 . . . . . . . . . . . . 13 (3 − 1) = 2
189188oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . 12 ((3 − 1) / 3) = (2 / 3)
190171oveq1i 7430 . . . . . . . . . . . 12 ((3 / 3) − (1 / 3)) = (1 − (1 / 3))
191187, 189, 1903eqtr3i 2791 . . . . . . . . . . 11 (2 / 3) = (1 − (1 / 3))
192169, 174negsubi 11639 . . . . . . . . . . 11 (1 + -(1 / 3)) = (1 − (1 / 3))
193181oveq2i 7431 . . . . . . . . . . 11 (1 + -(1 / 3)) = (1 + (i · (i / 3)))
194191, 192, 1933eqtr2ri 2790 . . . . . . . . . 10 (1 + (i · (i / 3))) = (2 / 3)
195194fveq2i 6888 . . . . . . . . 9 (log‘(1 + (i · (i / 3)))) = (log‘(2 / 3))
196184, 195oveq12i 7432 . . . . . . . 8 ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3))))) = ((log‘(4 / 3)) − (log‘(2 / 3)))
197 4re 12430 . . . . . . . . . . 11 4 ∈ ℝ
198 4pos 12456 . . . . . . . . . . 11 0 < 4
199197, 198elrpii 13126 . . . . . . . . . 10 4 ∈ ℝ+
200 3rp 13129 . . . . . . . . . 10 3 ∈ ℝ+
201 rpdivcl 13150 . . . . . . . . . 10 ((4 ∈ ℝ+ ∧ 3 ∈ ℝ+) → (4 / 3) ∈ ℝ+)
202199, 200, 201mp2an 705 . . . . . . . . 9 (4 / 3) ∈ ℝ+
203 2rp 13128 . . . . . . . . . 10 2 ∈ ℝ+
204 rpdivcl 13150 . . . . . . . . . 10 ((2 ∈ ℝ+ ∧ 3 ∈ ℝ+) → (2 / 3) ∈ ℝ+)
205203, 200, 204mp2an 705 . . . . . . . . 9 (2 / 3) ∈ ℝ+
206 relogdiv 26926 . . . . . . . . 9 (((4 / 3) ∈ ℝ+ ∧ (2 / 3) ∈ ℝ+) → (log‘((4 / 3) / (2 / 3))) = ((log‘(4 / 3)) − (log‘(2 / 3))))
207202, 205, 206mp2an 705 . . . . . . . 8 (log‘((4 / 3) / (2 / 3))) = ((log‘(4 / 3)) − (log‘(2 / 3)))
208 4cn 12431 . . . . . . . . . . 11 4 ∈ ℂ
209 2cnne0 12558 . . . . . . . . . . 11 (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0)
210 divcan7 12029 . . . . . . . . . . 11 ((4 ∈ ℂ ∧ (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) ∧ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)) → ((4 / 3) / (2 / 3)) = (4 / 2))
211208, 209, 185, 210mp3an 1490 . . . . . . . . . 10 ((4 / 3) / (2 / 3)) = (4 / 2)
212 4div2e2 12517 . . . . . . . . . 10 (4 / 2) = 2
213211, 212eqtri 2783 . . . . . . . . 9 ((4 / 3) / (2 / 3)) = 2
214213fveq2i 6888 . . . . . . . 8 (log‘((4 / 3) / (2 / 3))) = (log‘2)
215196, 207, 2143eqtr2i 2789 . . . . . . 7 ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3))))) = (log‘2)
216215oveq2i 7431 . . . . . 6 ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · (i / 3)))) − (log‘(1 + (i · (i / 3)))))) = ((i / 2) · (log‘2))
217166, 216eqtri 2783 . . . . 5 (arctan‘(i / 3)) = ((i / 2) · (log‘2))
218217oveq2i 7431 . . . 4 ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))) = ((2 / i) · ((i / 2) · (log‘2)))
219 2ne0 12452 . . . . . 6 2 ≠ 0
2204, 3, 219divcli 12062 . . . . 5 (i / 2) ∈ ℂ
221 logcl 26901 . . . . . 6 ((2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) → (log‘2) ∈ ℂ)
2223, 219, 221mp2an 705 . . . . 5 (log‘2) ∈ ℂ
2236, 220, 222mulassi 11323 . . . 4 (((2 / i) · (i / 2)) · (log‘2)) = ((2 / i) · ((i / 2) · (log‘2)))
224218, 223eqtr4i 2786 . . 3 ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))) = (((2 / i) · (i / 2)) · (log‘2))
225 divcan6 12027 . . . . 5 (((2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) ∧ (i ∈ ℂ ∧ i ≠ 0)) → ((2 / i) · (i / 2)) = 1)
2263, 219, 4, 5, 225mp4an 706 . . . 4 ((2 / i) · (i / 2)) = 1
227226oveq1i 7430 . . 3 (((2 / i) · (i / 2)) · (log‘2)) = (1 · (log‘2))
228222mullidi 11317 . . 3 (1 · (log‘2)) = (log‘2)
229224, 227, 2283eqtri 2787 . 2 ((2 / i) · (arctan‘(i / 3))) = (log‘2)
230162, 229breqtri 5129 1 seq0( + , 𝐹) ⇝ (log‘2)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1569  ⊤wtru 1570   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5185  dom cdm 5650  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11201  ℝcr 11202  0cc0 11203  1c1 11204  ici 11205   + caddc 11206   · cmul 11208   < clt 11346   ≤ cle 11347   − cmin 11544   -cneg 11545   / cdiv 11976  ℕcn 12338  2c2 12400  3c3 12401  4c4 12402  9c9 12407  ℕ0cn0 12609  ℤcz 12696  ℝ+crp 13123  seqcseq 14147  ↑cexp 14207  abscabs 15406   ⇝ cli 15656  logclog 26887  arctancatan 27197
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9645  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281  ax-addf 11282
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-iin 4953  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7693  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-supp 8180  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-1o 8479  df-2o 8480  df-oadd 8483  df-er 8720  df-map 8852  df-pm 8853  df-ixp 8929  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-fin 8980  df-fsupp 9357  df-fi 9406  df-sup 9437  df-inf 9438  df-oi 9507  df-card 10023  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-div 11977  df-nn 12339  df-2 12408  df-3 12409  df-4 12410  df-5 12411  df-6 12412  df-7 12413  df-8 12414  df-9 12415  df-n0 12610  df-xnn0 12683  df-z 12697  df-dec 12818  df-uz 12969  df-q 13079  df-rp 13124  df-xneg 13244  df-xadd 13245  df-xmul 13246  df-ioo 13483  df-ioc 13484  df-ico 13485  df-icc 13486  df-fz 13643  df-fzo 13792  df-fl 13935  df-mod 14013  df-seq 14148  df-exp 14208  df-fac 14421  df-bc 14450  df-hash 14478  df-shft 15225  df-cj 15271  df-re 15272  df-im 15273  df-sqrt 15407  df-abs 15408  df-limsup 15643  df-clim 15660  df-rlim 15661  df-sum 15859  df-ef 16238  df-sin 16240  df-cos 16241  df-tan 16242  df-pi 16243  df-dvds 16428  df-struct 17330  df-sets 17347  df-slot 17365  df-ndx 17377  df-base 17393  df-ress 17414  df-plusg 17446  df-mulr 17447  df-starv 17448  df-sca 17449  df-vsca 17450  df-ip 17451  df-tset 17452  df-ple 17453  df-ds 17455  df-unif 17456  df-hom 17457  df-cco 17458  df-rest 17598  df-topn 17599  df-0g 17617  df-gsum 17618  df-topgen 17619  df-pt 17620  df-prds 17623  df-xrs 17679  df-qtop 17684  df-imas 17685  df-xps 17687  df-mre 17761  df-mrc 17762  df-acs 17764  df-mgm 18821  df-sgrp 18913  df-mnd 18929  df-submnd 18984  df-mulg 19283  df-cntz 19536  df-cmn 20001  df-psmet 21675  df-xmet 21676  df-met 21677  df-bl 21678  df-mopn 21679  df-fbas 21680  df-fg 21681  df-cnfld 21684  df-top 23217  df-topon 23234  df-topsp 23256  df-bases 23269  df-cld 23342  df-ntr 23343  df-cls 23344  df-nei 23421  df-lp 23459  df-perf 23460  df-cn 23550  df-cnp 23551  df-haus 23638  df-cmp 23710  df-tx 23886  df-hmeo 24079  df-fil 24170  df-fm 24262  df-flim 24263  df-flf 24264  df-xms 24644  df-ms 24645  df-tms 24646  df-cncf 25204  df-limc 26191  df-dv 26192  df-ulm 26709  df-log 26889  df-atan 27200
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