MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  atanbndlem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem atanbndlem 24843
Description: Lemma for atanbnd 24844. (Contributed by Mario Carneiro, 5-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
atanbndlem (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)))

Proof of Theorem atanbndlem
StepHypRef Expression
1 rpre 12024 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+𝐴 ∈ ℝ)
2 atanrecl 24829 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ → (arctan‘𝐴) ∈ ℝ)
31, 2syl 17 . 2 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) ∈ ℝ)
4 picn 24402 . . . 4 π ∈ ℂ
5 2cn 11275 . . . 4 2 ∈ ℂ
6 2ne0 11297 . . . 4 2 ≠ 0
7 divneg 10903 . . . 4 ((π ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) → -(π / 2) = (-π / 2))
84, 5, 6, 7mp3an 1565 . . 3 -(π / 2) = (-π / 2)
9 ax-1cn 10178 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℂ
10 ax-icn 10179 . . . . . . . . . . . . 13 i ∈ ℂ
111recnd 10252 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+𝐴 ∈ ℂ)
12 mulcl 10204 . . . . . . . . . . . . 13 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
1310, 11, 12sylancr 698 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i · 𝐴) ∈ ℂ)
14 addcl 10202 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
159, 13, 14sylancr 698 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 + (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
16 atanre 24803 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ dom arctan)
171, 16syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+𝐴 ∈ dom arctan)
18 atandm2 24795 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
1917, 18sylib 208 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0 ∧ (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0))
2019simp3d 1138 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 + (i · 𝐴)) ≠ 0)
2115, 20logcld 24508 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (log‘(1 + (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
22 subcl 10464 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℂ ∧ (i · 𝐴) ∈ ℂ) → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
239, 13, 22sylancr 698 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 − (i · 𝐴)) ∈ ℂ)
2419simp2d 1137 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (1 − (i · 𝐴)) ≠ 0)
2523, 24logcld 24508 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (log‘(1 − (i · 𝐴))) ∈ ℂ)
2621, 25subcld 10576 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
27 imre 14039 . . . . . . . . 9 (((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℜ‘(-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))))
2826, 27syl 17 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (ℜ‘(-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))))
29 atanval 24802 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ dom arctan → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
3017, 29syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) = ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
3130oveq2d 6821 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (2 · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
3210, 5, 6divcan2i 10952 . . . . . . . . . . . . . 14 (2 · (i / 2)) = i
3332oveq1i 6815 . . . . . . . . . . . . 13 ((2 · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
34 2re 11274 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℝ
3534a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ ℝ+ → 2 ∈ ℝ)
3635recnd 10252 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ+ → 2 ∈ ℂ)
37 halfcl 11441 . . . . . . . . . . . . . . 15 (i ∈ ℂ → (i / 2) ∈ ℂ)
3810, 37mp1i 13 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i / 2) ∈ ℂ)
3925, 21subcld 10576 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))) ∈ ℂ)
4036, 38, 39mulassd 10247 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((2 · (i / 2)) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (2 · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
4133, 40syl5eqr 2800 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))) = (2 · ((i / 2) · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))))
4231, 41eqtr4d 2789 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
4321, 25negsubdi2d 10592 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℝ+ → -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) = ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴)))))
4443oveq2d 6821 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℝ+ → (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (i · ((log‘(1 − (i · 𝐴))) − (log‘(1 + (i · 𝐴))))))
4542, 44eqtr4d 2789 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
46 mulneg12 10652 . . . . . . . . . . 11 ((i ∈ ℂ ∧ ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))) ∈ ℂ) → (-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4710, 26, 46sylancr 698 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ+ → (-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) = (i · -((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4845, 47eqtr4d 2789 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
4948fveq2d 6348 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℜ‘(2 · (arctan‘𝐴))) = (ℜ‘(-i · ((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴)))))))
50 remulcl 10205 . . . . . . . . . 10 ((2 ∈ ℝ ∧ (arctan‘𝐴) ∈ ℝ) → (2 · (arctan‘𝐴)) ∈ ℝ)
5134, 3, 50sylancr 698 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) ∈ ℝ)
5251rered 14155 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℜ‘(2 · (arctan‘𝐴))) = (2 · (arctan‘𝐴)))
5328, 49, 523eqtr2rd 2793 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) = (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))))
54 rpgt0 12029 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → 0 < 𝐴)
551rered 14155 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℜ‘𝐴) = 𝐴)
5654, 55breqtrrd 4824 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ+ → 0 < (ℜ‘𝐴))
57 atanlogsublem 24833 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ dom arctan ∧ 0 < (ℜ‘𝐴)) → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
5817, 56, 57syl2anc 696 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ+ → (ℑ‘((log‘(1 + (i · 𝐴))) − (log‘(1 − (i · 𝐴))))) ∈ (-π(,)π))
5953, 58eqeltrd 2831 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) ∈ (-π(,)π))
60 eliooord 12418 . . . . . 6 ((2 · (arctan‘𝐴)) ∈ (-π(,)π) → (-π < (2 · (arctan‘𝐴)) ∧ (2 · (arctan‘𝐴)) < π))
6159, 60syl 17 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ+ → (-π < (2 · (arctan‘𝐴)) ∧ (2 · (arctan‘𝐴)) < π))
6261simpld 477 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ+ → -π < (2 · (arctan‘𝐴)))
63 pire 24401 . . . . . . 7 π ∈ ℝ
6463renegcli 10526 . . . . . 6 -π ∈ ℝ
6564a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ+ → -π ∈ ℝ)
66 2pos 11296 . . . . . 6 0 < 2
6766a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ+ → 0 < 2)
68 ltdivmul 11082 . . . . 5 ((-π ∈ ℝ ∧ (arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((-π / 2) < (arctan‘𝐴) ↔ -π < (2 · (arctan‘𝐴))))
6965, 3, 35, 67, 68syl112anc 1477 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((-π / 2) < (arctan‘𝐴) ↔ -π < (2 · (arctan‘𝐴))))
7062, 69mpbird 247 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+ → (-π / 2) < (arctan‘𝐴))
718, 70syl5eqbr 4831 . 2 (𝐴 ∈ ℝ+ → -(π / 2) < (arctan‘𝐴))
7261simprd 482 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+ → (2 · (arctan‘𝐴)) < π)
7363a1i 11 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ+ → π ∈ ℝ)
74 ltmuldiv2 11081 . . . 4 (((arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((2 · (arctan‘𝐴)) < π ↔ (arctan‘𝐴) < (π / 2)))
753, 73, 35, 67, 74syl112anc 1477 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ+ → ((2 · (arctan‘𝐴)) < π ↔ (arctan‘𝐴) < (π / 2)))
7672, 75mpbid 222 . 2 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) < (π / 2))
77 halfpire 24407 . . . . 5 (π / 2) ∈ ℝ
7877renegcli 10526 . . . 4 -(π / 2) ∈ ℝ
7978rexri 10281 . . 3 -(π / 2) ∈ ℝ*
8077rexri 10281 . . 3 (π / 2) ∈ ℝ*
81 elioo2 12401 . . 3 ((-(π / 2) ∈ ℝ* ∧ (π / 2) ∈ ℝ*) → ((arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)) ↔ ((arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ -(π / 2) < (arctan‘𝐴) ∧ (arctan‘𝐴) < (π / 2))))
8279, 80, 81mp2an 710 . 2 ((arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)) ↔ ((arctan‘𝐴) ∈ ℝ ∧ -(π / 2) < (arctan‘𝐴) ∧ (arctan‘𝐴) < (π / 2)))
833, 71, 76, 82syl3anbrc 1426 1 (𝐴 ∈ ℝ+ → (arctan‘𝐴) ∈ (-(π / 2)(,)(π / 2)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1624  wcel 2131  wne 2924   class class class wbr 4796  dom cdm 5258  cfv 6041  (class class class)co 6805  cc 10118  cr 10119  0cc0 10120  1c1 10121  ici 10122   + caddc 10123   · cmul 10125  *cxr 10257   < clt 10258  cmin 10450  -cneg 10451   / cdiv 10868  2c2 11254  +crp 12017  (,)cioo 12360  cre 14028  cim 14029  πcpi 14988  logclog 24492  arctancatan 24782
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1863  ax-4 1878  ax-5 1980  ax-6 2046  ax-7 2082  ax-8 2133  ax-9 2140  ax-10 2160  ax-11 2175  ax-12 2188  ax-13 2383  ax-ext 2732  ax-rep 4915  ax-sep 4925  ax-nul 4933  ax-pow 4984  ax-pr 5047  ax-un 7106  ax-inf2 8703  ax-cnex 10176  ax-resscn 10177  ax-1cn 10178  ax-icn 10179  ax-addcl 10180  ax-addrcl 10181  ax-mulcl 10182  ax-mulrcl 10183  ax-mulcom 10184  ax-addass 10185  ax-mulass 10186  ax-distr 10187  ax-i2m1 10188  ax-1ne0 10189  ax-1rid 10190  ax-rnegex 10191  ax-rrecex 10192  ax-cnre 10193  ax-pre-lttri 10194  ax-pre-lttrn 10195  ax-pre-ltadd 10196  ax-pre-mulgt0 10197  ax-pre-sup 10198  ax-addf 10199  ax-mulf 10200
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1627  df-fal 1630  df-ex 1846  df-nf 1851  df-sb 2039  df-eu 2603  df-mo 2604  df-clab 2739  df-cleq 2745  df-clel 2748  df-nfc 2883  df-ne 2925  df-nel 3028  df-ral 3047  df-rex 3048  df-reu 3049  df-rmo 3050  df-rab 3051  df-v 3334  df-sbc 3569  df-csb 3667  df-dif 3710  df-un 3712  df-in 3714  df-ss 3721  df-pss 3723  df-nul 4051  df-if 4223  df-pw 4296  df-sn 4314  df-pr 4316  df-tp 4318  df-op 4320  df-uni 4581  df-int 4620  df-iun 4666  df-iin 4667  df-br 4797  df-opab 4857  df-mpt 4874  df-tr 4897  df-id 5166  df-eprel 5171  df-po 5179  df-so 5180  df-fr 5217  df-se 5218  df-we 5219  df-xp 5264  df-rel 5265  df-cnv 5266  df-co 5267  df-dm 5268  df-rn 5269  df-res 5270  df-ima 5271  df-pred 5833  df-ord 5879  df-on 5880  df-lim 5881  df-suc 5882  df-iota 6004  df-fun 6043  df-fn 6044  df-f 6045  df-f1 6046  df-fo 6047  df-f1o 6048  df-fv 6049  df-isom 6050  df-riota 6766  df-ov 6808  df-oprab 6809  df-mpt2 6810  df-of 7054  df-om 7223  df-1st 7325  df-2nd 7326  df-supp 7456  df-wrecs 7568  df-recs 7629  df-rdg 7667  df-1o 7721  df-2o 7722  df-oadd 7725  df-er 7903  df-map 8017  df-pm 8018  df-ixp 8067  df-en 8114  df-dom 8115  df-sdom 8116  df-fin 8117  df-fsupp 8433  df-fi 8474  df-sup 8505  df-inf 8506  df-oi 8572  df-card 8947  df-cda 9174  df-pnf 10260  df-mnf 10261  df-xr 10262  df-ltxr 10263  df-le 10264  df-sub 10452  df-neg 10453  df-div 10869  df-nn 11205  df-2 11263  df-3 11264  df-4 11265  df-5 11266  df-6 11267  df-7 11268  df-8 11269  df-9 11270  df-n0 11477  df-z 11562  df-dec 11678  df-uz 11872  df-q 11974  df-rp 12018  df-xneg 12131  df-xadd 12132  df-xmul 12133  df-ioo 12364  df-ioc 12365  df-ico 12366  df-icc 12367  df-fz 12512  df-fzo 12652  df-fl 12779  df-mod 12855  df-seq 12988  df-exp 13047  df-fac 13247  df-bc 13276  df-hash 13304  df-shft 13998  df-cj 14030  df-re 14031  df-im 14032  df-sqrt 14166  df-abs 14167  df-limsup 14393  df-clim 14410  df-rlim 14411  df-sum 14608  df-ef 14989  df-sin 14991  df-cos 14992  df-tan 14993  df-pi 14994  df-struct 16053  df-ndx 16054  df-slot 16055  df-base 16057  df-sets 16058  df-ress 16059  df-plusg 16148  df-mulr 16149  df-starv 16150  df-sca 16151  df-vsca 16152  df-ip 16153  df-tset 16154  df-ple 16155  df-ds 16158  df-unif 16159  df-hom 16160  df-cco 16161  df-rest 16277  df-topn 16278  df-0g 16296  df-gsum 16297  df-topgen 16298  df-pt 16299  df-prds 16302  df-xrs 16356  df-qtop 16361  df-imas 16362  df-xps 16364  df-mre 16440  df-mrc 16441  df-acs 16443  df-mgm 17435  df-sgrp 17477  df-mnd 17488  df-submnd 17529  df-mulg 17734  df-cntz 17942  df-cmn 18387  df-psmet 19932  df-xmet 19933  df-met 19934  df-bl 19935  df-mopn 19936  df-fbas 19937  df-fg 19938  df-cnfld 19941  df-top 20893  df-topon 20910  df-topsp 20931  df-bases 20944  df-cld 21017  df-ntr 21018  df-cls 21019  df-nei 21096  df-lp 21134  df-perf 21135  df-cn 21225  df-cnp 21226  df-haus 21313  df-tx 21559  df-hmeo 21752  df-fil 21843  df-fm 21935  df-flim 21936  df-flf 21937  df-xms 22318  df-ms 22319  df-tms 22320  df-cncf 22874  df-limc 23821  df-dv 23822  df-log 24494  df-atan 24785
This theorem is referenced by:  atanbnd  24844
  Copyright terms: Public domain W3C validator