HomeHome Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Related theorems
Unicode version

Theorem cosaddi 8717
Description: Addition formula for cosine. Equation 15 of [Gleason] p. 310.
Hypotheses
Ref Expression
sinadd.1 |- A e. CC
sinadd.2 |- B e. CC
Assertion
Ref Expression
cosaddi |- (cos` (A + B)) = (((cos`
A) x. (cos` B)) - ((sin` A) x. (sin` B)))

Proof of Theorem cosaddi
StepHypRef Expression
1 sinadd.1 . . . 4 |- A e. CC
2 sinadd.2 . . . 4 |- B e. CC
31, 2addcli 6473 . . 3 |- (A + B) e. CC
4 cosval 8695 . . 3 |- ((A + B) e. CC -> (cos` (A + B)) = (((exp` (_i x. (A + B))) + (exp` (-u_i x. (A + B)))) / 2))
53, 4ax-mp 7 . 2 |- (cos` (A + B)) = (((exp`
(_i x. (A + B))) + (exp` (-u_i x. (A + B)))) / 2)
6 coscl 8697 . . . . . . . 8 |- (A e. CC -> (cos` A) e. CC)
71, 6ax-mp 7 . . . . . . 7 |- (cos` A) e. CC
8 coscl 8697 . . . . . . . 8 |- (B e. CC -> (cos` B) e. CC)
92, 8ax-mp 7 . . . . . . 7 |- (cos` B) e. CC
107, 9mulcli 6474 . . . . . 6 |- ((cos` A) x. (cos` B)) e. CC
11 axicn 6423 . . . . . . . 8 |- _i e. CC
12 sincl 8696 . . . . . . . . 9 |- (B e. CC -> (sin` B) e. CC)
132, 12ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (sin` B) e. CC
1411, 13mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (_i x. (sin` B)) e. CC
15 sincl 8696 . . . . . . . . 9 |- (A e. CC -> (sin` A) e. CC)
161, 15ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (sin` A) e. CC
1711, 16mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (_i x. (sin` A)) e. CC
1814, 17mulcli 6474 . . . . . 6 |- ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A))) e. CC
1910, 18addcli 6473 . . . . 5 |- (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A)))) e. CC
207, 14mulcli 6474 . . . . . 6 |- ((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) e. CC
219, 17mulcli 6474 . . . . . 6 |- ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))) e. CC
2220, 21addcli 6473 . . . . 5 |- (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))) e. CC
23 ppncan 6648 . . . . 5 |- (((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) e. CC /\ (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin`
A)))) e. CC /\ (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) e. CC) -> (((((cos`
A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A)))) + (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A))))) + ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))) = ((((cos`
A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A)))) + (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A))))))
2419, 22, 19, 23mp3an 1191 . . . 4 |- (((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) + (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))) + ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin`
A)))))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) + (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A)))))
2511, 1, 2adddii 6479 . . . . . . 7 |- (_i x. (A + B)) = ((_i x. A) + (_i x. B))
2625fveq2i 4684 . . . . . 6 |- (exp` (_i x. (A + B))) = (exp` ((_i x. A) + (_i x. B)))
2711, 1mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (_i x. A) e. CC
2811, 2mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (_i x. B) e. CC
2927, 28efaddi 8628 . . . . . 6 |- (exp` ((_i x. A) + (_i x. B))) = ((exp` (_i x. A)) x. (exp` (_i x. B)))
30 efival 8712 . . . . . . . . 9 |- (A e. CC -> (exp` (_i x. A)) = ((cos`
A) + (_i x. (sin` A))))
311, 30ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (_i x. A)) = ((cos` A) + (_i x. (sin`
A)))
32 efival 8712 . . . . . . . . 9 |- (B e. CC -> (exp` (_i x. B)) = ((cos`
B) + (_i x. (sin` B))))
332, 32ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (_i x. B)) = ((cos` B) + (_i x. (sin`
B)))
3431, 33opreq12i 4894 . . . . . . 7 |- ((exp` (_i x. A)) x. (exp`
(_i x. B))) = (((cos` A) + (_i x. (sin` A))) x. ((cos` B) + (_i x. (sin`
B))))
357, 17, 9, 14muladdi 6589 . . . . . . 7 |- (((cos` A) + (_i x. (sin`
A))) x. ((cos` B) + (_i x. (sin` B)))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) + (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
3634, 35eqtri 1908 . . . . . 6 |- ((exp` (_i x. A)) x. (exp`
(_i x. B))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) + (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
3726, 29, 363eqtri 1912 . . . . 5 |- (exp` (_i x. (A + B))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) + (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
3811negcli 6526 . . . . . . . 8 |- -u_i e. CC
3938, 1, 2adddii 6479 . . . . . . 7 |- (-u_i x. (A + B)) = ((-u_i x. A) + (-u_i x. B))
4039fveq2i 4684 . . . . . 6 |- (exp` (-u_i x. (A + B))) = (exp` ((-u_i x. A) + (-u_i x. B)))
4138, 1mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (-u_i x. A) e. CC
4238, 2mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (-u_i x. B) e. CC
4341, 42efaddi 8628 . . . . . 6 |- (exp` ((-u_i x. A) + (-u_i x. B))) = ((exp`
(-u_i x. A)) x. (exp` (-u_i x. B)))
44 efmival 8713 . . . . . . . . 9 |- (A e. CC -> (exp` (-u_i x. A)) = ((cos` A) - (_i x. (sin` A))))
451, 44ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (-u_i x. A)) = ((cos` A) - (_i x. (sin`
A)))
46 efmival 8713 . . . . . . . . 9 |- (B e. CC -> (exp` (-u_i x. B)) = ((cos` B) - (_i x. (sin` B))))
472, 46ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (-u_i x. B)) = ((cos` B) - (_i x. (sin`
B)))
4845, 47opreq12i 4894 . . . . . . 7 |- ((exp` (-u_i x. A)) x. (exp` (-u_i x. B))) = (((cos` A) - (_i x. (sin`
A))) x. ((cos` B) - (_i x. (sin` B))))
497, 17pm3.2i 307 . . . . . . . 8 |- ((cos` A) e. CC /\ (_i x. (sin` A)) e. CC)
509, 14pm3.2i 307 . . . . . . . 8 |- ((cos` B) e. CC /\ (_i x. (sin` B)) e. CC)
51 mulsub 6644 . . . . . . . 8 |- ((((cos`
A) e. CC /\ (_i x. (sin` A)) e. CC) /\ ((cos` B) e. CC /\ (_i x. (sin` B)) e. CC)) -> (((cos` A) - (_i x. (sin` A))) x. ((cos`
B) - (_i x. (sin` B)))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))))
5249, 50, 51mp2an 761 . . . . . . 7 |- (((cos` A) - (_i x. (sin`
A))) x. ((cos` B) - (_i x. (sin` B)))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
5348, 52eqtri 1908 . . . . . 6 |- ((exp` (-u_i x. A)) x. (exp` (-u_i x. B))) = ((((cos`
A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A)))))
5440, 43, 533eqtri 1912 . . . . 5 |- (exp` (-u_i x. (A + B))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
5537, 54opreq12i 4894 . . . 4 |- ((exp` (_i x. (A + B))) + (exp`
(-u_i x. (A + B)))) = (((((cos`
A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A)))) + (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A))))) + ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) - (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))))
56192timesi 7187 . . . 4 |- (2 x. (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A))))) = ((((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))) + (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A)))))
5724, 55, 563eqtr4i 1921 . . 3 |- ((exp` (_i x. (A + B))) + (exp`
(-u_i x. (A + B)))) = (2 x. (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A)))))
5857opreq1i 4892 . 2 |- (((exp` (_i x. (A + B))) + (exp` (-u_i x. (A + B)))) / 2) = ((2 x. (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A))))) / 2)
59 2cn 7164 . . . 4 |- 2 e. CC
60 2ne0 7174 . . . 4 |- 2 =/= 0
6119, 59, 60divcan3i 6934 . . 3 |- ((2 x. (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A))))) / 2) = (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin`
A))))
6211, 13, 11, 16mul4i 6588 . . . . 5 |- ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A))) = ((_i x. _i) x. ((sin` B) x. (sin` A)))
63 ixi 6872 . . . . . 6 |- (_i x. _i) = -u1
6413, 16mulcomi 6476 . . . . . 6 |- ((sin` B) x. (sin` A)) = ((sin` A) x. (sin` B))
6563, 64opreq12i 4894 . . . . 5 |- ((_i x. _i) x. ((sin` B) x. (sin` A))) = (-u1 x. ((sin`
A) x. (sin` B)))
6616, 13mulcli 6474 . . . . . 6 |- ((sin` A) x. (sin` B)) e. CC
6766mulm1i 6639 . . . . 5 |- (-u1 x. ((sin` A) x. (sin` B))) = -u((sin` A) x. (sin` B))
6862, 65, 673eqtri 1912 . . . 4 |- ((_i x. (sin` B)) x. (_i x. (sin` A))) = -u((sin` A) x. (sin` B))
6968opreq2i 4893 . . 3 |- (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A)))) = (((cos` A) x. (cos` B)) + -u((sin`
A) x. (sin` B)))
7010, 66negsubi 6538 . . 3 |- (((cos` A) x. (cos` B)) + -u((sin` A) x. (sin` B))) = (((cos` A) x. (cos` B)) - ((sin` A) x. (sin` B)))
7161, 69, 703eqtri 1912 . 2 |- ((2 x. (((cos` A) x. (cos` B)) + ((_i x. (sin`
B)) x. (_i x. (sin` A))))) / 2) = (((cos` A) x. (cos` B)) - ((sin` A) x. (sin` B)))
725, 58, 713eqtri 1912 1 |- (cos` (A + B)) = (((cos`
A) x. (cos` B)) - ((sin` A) x. (sin` B)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   /\ wa 240   = wceq 1298   e. wcel 1300  ` cfv 3998  (class class class)co 4884  CCcc 6384  1c1 6387  _ici 6388   + caddc 6389   x. cmul 6391   - cmin 6445  -ucneg 6446   / cdiv 6447  2c2 7145  expce 8555  sincsin 8557  cosccos 8558
This theorem is referenced by:  cosadd 8719  cos2OLD 8730
This theorem was proved from axioms:  ax-1 4  ax-2 5  ax-3 6  ax-mp 7  ax-5 1302  ax-7 1304  ax-gen 1305  ax-8 1306  ax-9 1307  ax-10 1308  ax-11 1309  ax-12 1310  ax-13 1311  ax-14 1312  ax-17 1317  ax-4 1319  ax-5o 1321  ax-6o 1324  ax-9o 1481  ax-10o 1500  ax-16 1580  ax-11o 1588  ax-ext 1865  ax-rep 3428  ax-sep 3438  ax-nul 3445  ax-pow 3481  ax-pr 3524  ax-un 3790  ax-inf2 5731
This theorem depends on definitions:  df-bi 164  df-or 241  df-an 242  df-3or 859  df-3an 860  df-ex 1327  df-sb 1536  df-eu 1775  df-mo 1776  df-clab 1872  df-cleq 1877  df-clel 1880  df-ne 2019  df-nel 2020  df-ral 2109  df-rex 2110  df-reu 2111  df-rab 2112  df-v 2294  df-sbc 2454  df-csb 2541  df-dif 2597  df-un 2600  df-in 2603  df-ss 2605  df-pss 2607  df-nul 2876  df-if 2983  df-pw 3035  df-sn 3049  df-pr 3050  df-tp 3052  df-op 3053  df-uni 3178  df-int 3215  df-iun 3257  df-br 3339  df-opab 3396  df-tr 3412  df-eprel 3583  df-id 3586  df-po 3591  df-so 3604  df-fr 3625  df-we 3644  df-ord 3660  df-on 3661  df-lim 3662  df-suc 3663  df-om 3950  df-xp 4000  df-rel 4001  df-cnv 4002  df-co 4003  df-dm 4004  df-rn 4005  df-res 4006  df-ima 4007  df-fun 4008  df-fn 4009  df-f 4010  df-f1 4011  df-fo 4012  df-f1o 4013  df-fv 4014  df-opr 4886  df-oprab 4887  df-mpt 5006  df-1st 5020  df-2nd 5021  df-iota 5089  df-rdg 5140  df-1o 5177  df-oadd 5179  df-omul 5180  df-er 5318  df-ec 5320  df-qs 5323  df-en 5427  df-dom 5428  df-sdom 5429  df-undef 5556  df-riota 5560  df-sup 5664  df-ni 6152  df-pli 6153  df-mi 6154  df-lti 6155  df-plpq 6187  df-mpq 6188  df-enq 6189  df-nq 6190  df-plq 6191  df-mq 6192  df-rq 6193  df-ltq 6194  df-1q 6195  df-np 6238  df-1p 6239  df-plp 6240  df-mp 6241  df-ltp 6242  df-plpr 6316  df-mpr 6317  df-enr 6318  df-nr 6319  df-plr 6320  df-mr 6321  df-ltr 6322  df-0r 6323  df-1r 6324  df-m1r 6325  df-c 6392  df-0 6393  df-1 6394  df-i 6395  df-r 6396  df-plus 6397  df-mul 6398  df-lt 6399  df-sub 6511  df-neg 6513  df-pnf 6654  df-mnf 6655  df-xr 6656  df-ltxr 6657  df-le 6658  df-div 6892  df-n 7108  df-2 7154  df-3 7155  df-4 7156  df-n0 7309  df-z 7345  df-fl 7463  df-uz 7587  df-fz 7638  df-seq1 7721  df-shft 7754  df-seqz 7776  df-seq0 7777  df-exp 7812  df-sqr 7920  df-re 8001  df-im 8002  df-cj 8003  df-abs 8004  df-fac 8184  df-bc 8209  df-clim 8235  df-sum 8240  df-ef 8560  df-sin 8562  df-cos 8563
Copyright terms: Public domain