Theorem logimul 26790

Description: Multiplying a number by i increases the logarithm of the number by iπ / 2. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Apr-2015.)

Assertion

Ref	Expression
logimul	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (log‘(i · 𝐴)) = ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))

Proof of Theorem logimul

Step	Hyp	Ref	Expression
1		logcl 26744	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0) → (log‘𝐴) ∈ ℂ)
2	1	3adant3 1149	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (log‘𝐴) ∈ ℂ)
3		ax-icn 11165	. . . . . 6 ⊢ i ∈ ℂ
4		halfpire 26640	. . . . . . 7 ⊢ (π / 2) ∈ ℝ
5	4	recni 11229	. . . . . 6 ⊢ (π / 2) ∈ ℂ
6	3, 5	mulcli 11222	. . . . 5 ⊢ (i · (π / 2)) ∈ ℂ
7		efadd 16154	. . . . 5 ⊢ (((log‘𝐴) ∈ ℂ ∧ (i · (π / 2)) ∈ ℂ) → (exp‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) = ((exp‘(log‘𝐴)) · (exp‘(i · (π / 2)))))
8	2, 6, 7	sylancl 597	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (exp‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) = ((exp‘(log‘𝐴)) · (exp‘(i · (π / 2)))))
9		eflog 26752	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0) → (exp‘(log‘𝐴)) = 𝐴)
10	9	3adant3 1149	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (exp‘(log‘𝐴)) = 𝐴)
11		efhalfpi 26647	. . . . . 6 ⊢ (exp‘(i · (π / 2))) = i
12	11	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (exp‘(i · (π / 2))) = i)
13	10, 12	oveq12d 7430	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((exp‘(log‘𝐴)) · (exp‘(i · (π / 2)))) = (𝐴 · i))
14		simp1 1153	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → 𝐴 ∈ ℂ)
15		mulcom 11192	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ i ∈ ℂ) → (𝐴 · i) = (i · 𝐴))
16	14, 3, 15	sylancl 597	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (𝐴 · i) = (i · 𝐴))
17	8, 13, 16	3eqtrd 2801	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (exp‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) = (i · 𝐴))
18	17	fveq2d 6885	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (log‘(exp‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))) = (log‘(i · 𝐴)))
19		addcl 11188	. . . . 5 ⊢ (((log‘𝐴) ∈ ℂ ∧ (i · (π / 2)) ∈ ℂ) → ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))) ∈ ℂ)
20	2, 6, 19	sylancl 597	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))) ∈ ℂ)
21		pire 26630	. . . . . . . 8 ⊢ π ∈ ℝ
22	21	renegcli 11525	. . . . . . 7 ⊢ -π ∈ ℝ
23	22	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → -π ∈ ℝ)
24	2	imcld 15253	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ ℝ)
25		readdcl 11189	. . . . . . 7 ⊢ (((ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ ℝ ∧ (π / 2) ∈ ℝ) → ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)) ∈ ℝ)
26	24, 4, 25	sylancl 597	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)) ∈ ℝ)
27		logimcl 26745	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0) → (-π < (ℑ‘(log‘𝐴)) ∧ (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ π))
28	27	3adant3 1149	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (-π < (ℑ‘(log‘𝐴)) ∧ (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ π))
29	28	simpld 499	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → -π < (ℑ‘(log‘𝐴)))
30		pirp 26637	. . . . . . . 8 ⊢ π ∈ ℝ+
31		rphalfcl 13051	. . . . . . . 8 ⊢ (π ∈ ℝ+ → (π / 2) ∈ ℝ+)
32	30, 31	ax-mp 5	. . . . . . 7 ⊢ (π / 2) ∈ ℝ+
33		ltaddrp 13061	. . . . . . 7 ⊢ (((ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ ℝ ∧ (π / 2) ∈ ℝ+) → (ℑ‘(log‘𝐴)) < ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)))
34	24, 32, 33	sylancl 597	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘(log‘𝐴)) < ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)))
35	23, 24, 26, 29, 34	lttrd 11377	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → -π < ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)))
36		imadd 15192	. . . . . . 7 ⊢ (((log‘𝐴) ∈ ℂ ∧ (i · (π / 2)) ∈ ℂ) → (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) = ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (ℑ‘(i · (π / 2)))))
37	2, 6, 36	sylancl 597	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) = ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (ℑ‘(i · (π / 2)))))
38		reim 15167	. . . . . . . . 9 ⊢ ((π / 2) ∈ ℂ → (ℜ‘(π / 2)) = (ℑ‘(i · (π / 2))))
39	5, 38	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (ℜ‘(π / 2)) = (ℑ‘(i · (π / 2)))
40		rere 15180	. . . . . . . . 9 ⊢ ((π / 2) ∈ ℝ → (ℜ‘(π / 2)) = (π / 2))
41	4, 40	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (ℜ‘(π / 2)) = (π / 2)
42	39, 41	eqtr3i 2787	. . . . . . 7 ⊢ (ℑ‘(i · (π / 2))) = (π / 2)
43	42	oveq2i 7423	. . . . . 6 ⊢ ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (ℑ‘(i · (π / 2)))) = ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2))
44	37, 43	eqtrdi 2813	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) = ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)))
45	35, 44	breqtrrd 5138	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → -π < (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))))
46		argrege0 26787	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ (-(π / 2)[,](π / 2)))
47	4	renegcli 11525	. . . . . . . . . 10 ⊢ -(π / 2) ∈ ℝ
48	47, 4	elicc2i 13445	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ (-(π / 2)[,](π / 2)) ↔ ((ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ ℝ ∧ -(π / 2) ≤ (ℑ‘(log‘𝐴)) ∧ (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ (π / 2)))
49	48	simp3bi 1164	. . . . . . . 8 ⊢ ((ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ (-(π / 2)[,](π / 2)) → (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ (π / 2))
50	46, 49	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ (π / 2))
51	21	recni 11229	. . . . . . . 8 ⊢ π ∈ ℂ
52		pidiv2halves 26643	. . . . . . . 8 ⊢ ((π / 2) + (π / 2)) = π
53	51, 5, 5, 52	subaddrii 11553	. . . . . . 7 ⊢ (π − (π / 2)) = (π / 2)
54	50, 53	breqtrrdi 5152	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ (π − (π / 2)))
55	4	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (π / 2) ∈ ℝ)
56	21	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → π ∈ ℝ)
57		leaddsub 11696	. . . . . . 7 ⊢ (((ℑ‘(log‘𝐴)) ∈ ℝ ∧ (π / 2) ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ) → (((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)) ≤ π ↔ (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ (π − (π / 2))))
58	24, 55, 56, 57	syl3anc 1397	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)) ≤ π ↔ (ℑ‘(log‘𝐴)) ≤ (π − (π / 2))))
59	54, 58	mpbird 260	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((ℑ‘(log‘𝐴)) + (π / 2)) ≤ π)
60	44, 59	eqbrtrd 5132	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) ≤ π)
61		ellogrn 26735	. . . 4 ⊢ (((log‘𝐴) + (i · (π / 2))) ∈ ran log ↔ (((log‘𝐴) + (i · (π / 2))) ∈ ℂ ∧ -π < (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) ∧ (ℑ‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2)))) ≤ π))
62	20, 45, 60, 61	syl3anbrc 1361	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))) ∈ ran log)
63		logef 26757	. . 3 ⊢ (((log‘𝐴) + (i · (π / 2))) ∈ ran log → (log‘(exp‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))) = ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))
64	62, 63	syl 18	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (log‘(exp‘((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))) = ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))
65	18, 64	eqtr3d 2799	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ 0 ∧ 0 ≤ (ℜ‘𝐴)) → (log‘(i · 𝐴)) = ((log‘𝐴) + (i · (π / 2))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   ∧ w3a 1102   = wceq 1569   ∈ wcel 2142   ≠ wne 2957   class class class wbr 5108  ran crn 5661  ‘cfv 6536  (class class class)co 7412  ℂcc 11104  ℝcr 11105  0cc0 11106  ici 11108   + caddc 11109   · cmul 11111   < clt 11249   ≤ cle 11250   − cmin 11447  -cneg 11448   / cdiv 11877  2c2 12301  ℝ⁺crp 13022  [,]cicc 13381  ℜcre 15155  ℑcim 15156  expce 16121  πcpi 16126  logclog 26730

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1824  ax-4 1838  ax-5 1939  ax-6 1996  ax-7 2037  ax-8 2144  ax-9 2152  ax-10 2175  ax-11 2191  ax-12 2212  ax-ext 2734  ax-rep 5237  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pow 5335  ax-pr 5403  ax-un 7734  ax-inf2 9608  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183  ax-pre-sup 11184  ax-addf 11185

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1103  df-3an 1104  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1809  df-nf 1813  df-sb 2096  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3456  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4595  df-uni 4872  df-int 4912  df-iun 4957  df-iin 4958  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5555  df-eprel 5560  df-po 5568  df-so 5569  df-fr 5613  df-se 5614  df-we 5615  df-xp 5666  df-rel 5667  df-cnv 5668  df-co 5669  df-dm 5670  df-rn 5671  df-res 5672  df-ima 5673  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-of 7676  df-om 7861  df-1st 7984  df-2nd 7985  df-supp 8155  df-frecs 8276  df-wrecs 8307  df-recs 8356  df-rdg 8395  df-1o 8451  df-2o 8452  df-er 8692  df-map 8824  df-pm 8825  df-ixp 8894  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-fsupp 9320  df-fi 9369  df-sup 9400  df-inf 9401  df-oi 9470  df-card 9932  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11449  df-neg 11450  df-div 11878  df-nn 12240  df-2 12309  df-3 12310  df-4 12311  df-5 12312  df-6 12313  df-7 12314  df-8 12315  df-9 12316  df-n0 12511  df-z 12598  df-dec 12718  df-uz 12869  df-q 12979  df-rp 13023  df-xneg 13143  df-xadd 13144  df-xmul 13145  df-ioo 13382  df-ioc 13383  df-ico 13384  df-icc 13385  df-fz 13542  df-fzo 13690  df-fl 13832  df-mod 13910  df-seq 14045  df-exp 14105  df-fac 14317  df-bc 14346  df-hash 14374  df-shft 15111  df-cj 15157  df-re 15158  df-im 15159  df-sqrt 15293  df-abs 15294  df-limsup 15529  df-clim 15546  df-rlim 15547  df-sum 15745  df-ef 16127  df-sin 16129  df-cos 16130  df-pi 16132  df-struct 17213  df-sets 17230  df-slot 17248  df-ndx 17260  df-base 17276  df-ress 17297  df-plusg 17329  df-mulr 17330  df-starv 17331  df-sca 17332  df-vsca 17333  df-ip 17334  df-tset 17335  df-ple 17336  df-ds 17338  df-unif 17339  df-hom 17340  df-cco 17341  df-rest 17481  df-topn 17482  df-0g 17500  df-gsum 17501  df-topgen 17502  df-pt 17503  df-prds 17506  df-xrs 17562  df-qtop 17567  df-imas 17568  df-xps 17570  df-mre 17644  df-mrc 17645  df-acs 17647  df-mgm 18704  df-sgrp 18783  df-mnd 18799  df-submnd 18848  df-mulg 19140  df-cntz 19393  df-cmn 19858  df-psmet 21525  df-xmet 21526  df-met 21527  df-bl 21528  df-mopn 21529  df-fbas 21530  df-fg 21531  df-cnfld 21534  df-top 23062  df-topon 23079  df-topsp 23101  df-bases 23114  df-cld 23187  df-ntr 23188  df-cls 23189  df-nei 23266  df-lp 23304  df-perf 23305  df-cn 23395  df-cnp 23396  df-haus 23483  df-tx 23730  df-hmeo 23923  df-fil 24014  df-fm 24106  df-flim 24107  df-flf 24108  df-xms 24488  df-ms 24489  df-tms 24490  df-cncf 25048  df-limc 26036  df-dv 26037  df-log 26732

This theorem is used by:  atanlogsublem  27091