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

Theorem tanatan 24816
Description: The arctangent function is an inverse to tan. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
tanatan (𝐴 ∈ dom arctan → (tan‘(arctan‘𝐴)) = 𝐴)

Proof of Theorem tanatan
StepHypRef Expression
1 atancl 24778 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → (arctan‘𝐴) ∈ ℂ)
2 2efiatan 24815 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1))
32oveq1d 6816 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1) = ((((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1) + 1))
4 2mulicn 11418 . . . . . . . 8 (2 · i) ∈ ℂ
54a1i 11 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · i) ∈ ℂ)
6 atandm 24773 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ≠ -i ∧ 𝐴 ≠ i))
76simp1bi 1137 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ∈ ℂ)
8 ax-icn 10158 . . . . . . . 8 i ∈ ℂ
9 addcl 10181 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ i ∈ ℂ) → (𝐴 + i) ∈ ℂ)
107, 8, 9sylancl 697 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 + i) ∈ ℂ)
11 subneg 10493 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ i ∈ ℂ) → (𝐴 − -i) = (𝐴 + i))
127, 8, 11sylancl 697 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 − -i) = (𝐴 + i))
136simp2bi 1138 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → 𝐴 ≠ -i)
148negcli 10512 . . . . . . . . . 10 -i ∈ ℂ
15 subeq0 10470 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ -i ∈ ℂ) → ((𝐴 − -i) = 0 ↔ 𝐴 = -i))
1615necon3bid 2964 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ -i ∈ ℂ) → ((𝐴 − -i) ≠ 0 ↔ 𝐴 ≠ -i))
177, 14, 16sylancl 697 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → ((𝐴 − -i) ≠ 0 ↔ 𝐴 ≠ -i))
1813, 17mpbird 247 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 − -i) ≠ 0)
1912, 18eqnetrrd 2988 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (𝐴 + i) ≠ 0)
205, 10, 19divcld 10964 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) / (𝐴 + i)) ∈ ℂ)
21 ax-1cn 10157 . . . . . 6 1 ∈ ℂ
22 npcan 10453 . . . . . 6 ((((2 · i) / (𝐴 + i)) ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1) + 1) = ((2 · i) / (𝐴 + i)))
2320, 21, 22sylancl 697 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → ((((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1) + 1) = ((2 · i) / (𝐴 + i)))
243, 23eqtrd 2782 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1) = ((2 · i) / (𝐴 + i)))
25 2muline0 11419 . . . . . 6 (2 · i) ≠ 0
2625a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · i) ≠ 0)
275, 10, 26, 19divne0d 10980 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) / (𝐴 + i)) ≠ 0)
2824, 27eqnetrd 2987 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1) ≠ 0)
29 tanval3 15034 . . 3 (((arctan‘𝐴) ∈ ℂ ∧ ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1) ≠ 0) → (tan‘(arctan‘𝐴)) = (((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) / (i · ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1))))
301, 28, 29syl2anc 696 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → (tan‘(arctan‘𝐴)) = (((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) / (i · ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1))))
312oveq1d 6816 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) = ((((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1) − 1))
3221a1i 11 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → 1 ∈ ℂ)
3320, 32, 32subsub4d 10586 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1) − 1) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − (1 + 1)))
34 df-2 11242 . . . . . . . 8 2 = (1 + 1)
3534oveq2i 6812 . . . . . . 7 (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 2) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − (1 + 1))
3633, 35syl6eqr 2800 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((((2 · i) / (𝐴 + i)) − 1) − 1) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 2))
3731, 36eqtrd 2782 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 2))
38 2cn 11254 . . . . . . . 8 2 ∈ ℂ
39 mulcl 10183 . . . . . . . 8 ((2 ∈ ℂ ∧ (𝐴 + i) ∈ ℂ) → (2 · (𝐴 + i)) ∈ ℂ)
4038, 10, 39sylancr 698 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · (𝐴 + i)) ∈ ℂ)
415, 40, 10, 19divsubdird 11003 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) − (2 · (𝐴 + i))) / (𝐴 + i)) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − ((2 · (𝐴 + i)) / (𝐴 + i))))
42 mulneg12 10631 . . . . . . . . 9 ((2 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (-2 · 𝐴) = (2 · -𝐴))
4338, 7, 42sylancr 698 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (-2 · 𝐴) = (2 · -𝐴))
44 negsub 10492 . . . . . . . . . . . 12 ((i ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (i + -𝐴) = (i − 𝐴))
458, 7, 44sylancr 698 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ dom arctan → (i + -𝐴) = (i − 𝐴))
4645oveq1d 6816 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i + -𝐴) − i) = ((i − 𝐴) − i))
477negcld 10542 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ dom arctan → -𝐴 ∈ ℂ)
48 pncan2 10451 . . . . . . . . . . 11 ((i ∈ ℂ ∧ -𝐴 ∈ ℂ) → ((i + -𝐴) − i) = -𝐴)
498, 47, 48sylancr 698 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i + -𝐴) − i) = -𝐴)
508a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ dom arctan → i ∈ ℂ)
5150, 7, 50subsub4d 10586 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i − 𝐴) − i) = (i − (𝐴 + i)))
5246, 49, 513eqtr3rd 2791 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → (i − (𝐴 + i)) = -𝐴)
5352oveq2d 6817 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · (i − (𝐴 + i))) = (2 · -𝐴))
5438a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ dom arctan → 2 ∈ ℂ)
5554, 50, 10subdid 10649 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ dom arctan → (2 · (i − (𝐴 + i))) = ((2 · i) − (2 · (𝐴 + i))))
5643, 53, 553eqtr2rd 2789 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · i) − (2 · (𝐴 + i))) = (-2 · 𝐴))
5756oveq1d 6816 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) − (2 · (𝐴 + i))) / (𝐴 + i)) = ((-2 · 𝐴) / (𝐴 + i)))
5854, 10, 19divcan4d 10970 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ dom arctan → ((2 · (𝐴 + i)) / (𝐴 + i)) = 2)
5958oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → (((2 · i) / (𝐴 + i)) − ((2 · (𝐴 + i)) / (𝐴 + i))) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 2))
6041, 57, 593eqtr3d 2790 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → ((-2 · 𝐴) / (𝐴 + i)) = (((2 · i) / (𝐴 + i)) − 2))
6137, 60eqtr4d 2785 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) = ((-2 · 𝐴) / (𝐴 + i)))
6224oveq2d 6817 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1)) = (i · ((2 · i) / (𝐴 + i))))
638, 38, 8mul12i 10394 . . . . . . . 8 (i · (2 · i)) = (2 · (i · i))
64 ixi 10819 . . . . . . . . 9 (i · i) = -1
6564oveq2i 6812 . . . . . . . 8 (2 · (i · i)) = (2 · -1)
6621negcli 10512 . . . . . . . . 9 -1 ∈ ℂ
6738mulm1i 10638 . . . . . . . . 9 (-1 · 2) = -2
6866, 38, 67mulcomli 10210 . . . . . . . 8 (2 · -1) = -2
6963, 65, 683eqtri 2774 . . . . . . 7 (i · (2 · i)) = -2
7069oveq1i 6811 . . . . . 6 ((i · (2 · i)) / (𝐴 + i)) = (-2 / (𝐴 + i))
7150, 5, 10, 19divassd 10999 . . . . . 6 (𝐴 ∈ dom arctan → ((i · (2 · i)) / (𝐴 + i)) = (i · ((2 · i) / (𝐴 + i))))
7270, 71syl5eqr 2796 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (-2 / (𝐴 + i)) = (i · ((2 · i) / (𝐴 + i))))
7362, 72eqtr4d 2785 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (i · ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1)) = (-2 / (𝐴 + i)))
7461, 73oveq12d 6819 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → (((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) / (i · ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1))) = (((-2 · 𝐴) / (𝐴 + i)) / (-2 / (𝐴 + i))))
7538negcli 10512 . . . . . 6 -2 ∈ ℂ
76 mulcl 10183 . . . . . 6 ((-2 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (-2 · 𝐴) ∈ ℂ)
7775, 7, 76sylancr 698 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → (-2 · 𝐴) ∈ ℂ)
7875a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → -2 ∈ ℂ)
79 2ne0 11276 . . . . . . 7 2 ≠ 0
8038, 79negne0i 10519 . . . . . 6 -2 ≠ 0
8180a1i 11 . . . . 5 (𝐴 ∈ dom arctan → -2 ≠ 0)
8277, 78, 10, 81, 19divcan7d 10992 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → (((-2 · 𝐴) / (𝐴 + i)) / (-2 / (𝐴 + i))) = ((-2 · 𝐴) / -2))
837, 78, 81divcan3d 10969 . . . 4 (𝐴 ∈ dom arctan → ((-2 · 𝐴) / -2) = 𝐴)
8482, 83eqtrd 2782 . . 3 (𝐴 ∈ dom arctan → (((-2 · 𝐴) / (𝐴 + i)) / (-2 / (𝐴 + i))) = 𝐴)
8574, 84eqtrd 2782 . 2 (𝐴 ∈ dom arctan → (((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) − 1) / (i · ((exp‘(2 · (i · (arctan‘𝐴)))) + 1))) = 𝐴)
8630, 85eqtrd 2782 1 (𝐴 ∈ dom arctan → (tan‘(arctan‘𝐴)) = 𝐴)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1620  wcel 2127  wne 2920  dom cdm 5254  cfv 6037  (class class class)co 6801  cc 10097  0cc0 10099  1c1 10100  ici 10101   + caddc 10102   · cmul 10104  cmin 10429  -cneg 10430   / cdiv 10847  2c2 11233  expce 14962  tanctan 14966  arctancatan 24761
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1859  ax-4 1874  ax-5 1976  ax-6 2042  ax-7 2078  ax-8 2129  ax-9 2136  ax-10 2156  ax-11 2171  ax-12 2184  ax-13 2379  ax-ext 2728  ax-rep 4911  ax-sep 4921  ax-nul 4929  ax-pow 4980  ax-pr 5043  ax-un 7102  ax-inf2 8699  ax-cnex 10155  ax-resscn 10156  ax-1cn 10157  ax-icn 10158  ax-addcl 10159  ax-addrcl 10160  ax-mulcl 10161  ax-mulrcl 10162  ax-mulcom 10163  ax-addass 10164  ax-mulass 10165  ax-distr 10166  ax-i2m1 10167  ax-1ne0 10168  ax-1rid 10169  ax-rnegex 10170  ax-rrecex 10171  ax-cnre 10172  ax-pre-lttri 10173  ax-pre-lttrn 10174  ax-pre-ltadd 10175  ax-pre-mulgt0 10176  ax-pre-sup 10177  ax-addf 10178  ax-mulf 10179
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1623  df-fal 1626  df-ex 1842  df-nf 1847  df-sb 2035  df-eu 2599  df-mo 2600  df-clab 2735  df-cleq 2741  df-clel 2744  df-nfc 2879  df-ne 2921  df-nel 3024  df-ral 3043  df-rex 3044  df-reu 3045  df-rmo 3046  df-rab 3047  df-v 3330  df-sbc 3565  df-csb 3663  df-dif 3706  df-un 3708  df-in 3710  df-ss 3717  df-pss 3719  df-nul 4047  df-if 4219  df-pw 4292  df-sn 4310  df-pr 4312  df-tp 4314  df-op 4316  df-uni 4577  df-int 4616  df-iun 4662  df-iin 4663  df-br 4793  df-opab 4853  df-mpt 4870  df-tr 4893  df-id 5162  df-eprel 5167  df-po 5175  df-so 5176  df-fr 5213  df-se 5214  df-we 5215  df-xp 5260  df-rel 5261  df-cnv 5262  df-co 5263  df-dm 5264  df-rn 5265  df-res 5266  df-ima 5267  df-pred 5829  df-ord 5875  df-on 5876  df-lim 5877  df-suc 5878  df-iota 6000  df-fun 6039  df-fn 6040  df-f 6041  df-f1 6042  df-fo 6043  df-f1o 6044  df-fv 6045  df-isom 6046  df-riota 6762  df-ov 6804  df-oprab 6805  df-mpt2 6806  df-of 7050  df-om 7219  df-1st 7321  df-2nd 7322  df-supp 7452  df-wrecs 7564  df-recs 7625  df-rdg 7663  df-1o 7717  df-2o 7718  df-oadd 7721  df-er 7899  df-map 8013  df-pm 8014  df-ixp 8063  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-fin 8113  df-fsupp 8429  df-fi 8470  df-sup 8501  df-inf 8502  df-oi 8568  df-card 8926  df-cda 9153  df-pnf 10239  df-mnf 10240  df-xr 10241  df-ltxr 10242  df-le 10243  df-sub 10431  df-neg 10432  df-div 10848  df-nn 11184  df-2 11242  df-3 11243  df-4 11244  df-5 11245  df-6 11246  df-7 11247  df-8 11248  df-9 11249  df-n0 11456  df-z 11541  df-dec 11657  df-uz 11851  df-q 11953  df-rp 11997  df-xneg 12110  df-xadd 12111  df-xmul 12112  df-ioo 12343  df-ioc 12344  df-ico 12345  df-icc 12346  df-fz 12491  df-fzo 12631  df-fl 12758  df-mod 12834  df-seq 12967  df-exp 13026  df-fac 13226  df-bc 13255  df-hash 13283  df-shft 13977  df-cj 14009  df-re 14010  df-im 14011  df-sqrt 14145  df-abs 14146  df-limsup 14372  df-clim 14389  df-rlim 14390  df-sum 14587  df-ef 14968  df-sin 14970  df-cos 14971  df-tan 14972  df-pi 14973  df-struct 16032  df-ndx 16033  df-slot 16034  df-base 16036  df-sets 16037  df-ress 16038  df-plusg 16127  df-mulr 16128  df-starv 16129  df-sca 16130  df-vsca 16131  df-ip 16132  df-tset 16133  df-ple 16134  df-ds 16137  df-unif 16138  df-hom 16139  df-cco 16140  df-rest 16256  df-topn 16257  df-0g 16275  df-gsum 16276  df-topgen 16277  df-pt 16278  df-prds 16281  df-xrs 16335  df-qtop 16340  df-imas 16341  df-xps 16343  df-mre 16419  df-mrc 16420  df-acs 16422  df-mgm 17414  df-sgrp 17456  df-mnd 17467  df-submnd 17508  df-mulg 17713  df-cntz 17921  df-cmn 18366  df-psmet 19911  df-xmet 19912  df-met 19913  df-bl 19914  df-mopn 19915  df-fbas 19916  df-fg 19917  df-cnfld 19920  df-top 20872  df-topon 20889  df-topsp 20910  df-bases 20923  df-cld 20996  df-ntr 20997  df-cls 20998  df-nei 21075  df-lp 21113  df-perf 21114  df-cn 21204  df-cnp 21205  df-haus 21292  df-tx 21538  df-hmeo 21731  df-fil 21822  df-fm 21914  df-flim 21915  df-flf 21916  df-xms 22297  df-ms 22298  df-tms 22299  df-cncf 22853  df-limc 23800  df-dv 23801  df-log 24473  df-atan 24764
This theorem is referenced by:  atantanb  24821  atanord  24824
  Copyright terms: Public domain W3C validator