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Theorem itgsinexp 29766
Description: A recursive formula for the integral of sin^N on the interval (0,π) . (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
itgsinexp.1  |-  I  =  ( n  e.  NN0  |->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x )
itgsinexp.2  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
Assertion
Ref Expression
itgsinexp  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  =  ( ( ( N  -  1 )  /  N )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) ) )
Distinct variable groups:    x, n, N    ph, n, x
Allowed substitution hints:    I( x, n)

Proof of Theorem itgsinexp
StepHypRef Expression
1 itgsinexp.2 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
2 eluzelz 10862 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  e.  ZZ )
3 zcn 10643 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ZZ  ->  N  e.  CC )
41, 2, 33syl 20 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  N  e.  CC )
5 ax-1cn 9332 . . . . . . . 8  |-  1  e.  CC
65a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  1  e.  CC )
74, 6npcand 9715 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  +  1 )  =  N )
87eqcomd 2443 . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  =  ( ( N  -  1 )  +  1 ) )
98oveq1d 6101 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( N  x.  (
I `  N )
)  =  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  x.  ( I `  N ) ) )
10 uz2m1nn 10921 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( N  -  1 )  e.  NN )
111, 10syl 16 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( N  -  1 )  e.  NN )
1211nncnd 10330 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( N  -  1 )  e.  CC )
13 itgsinexp.1 . . . . . . . . 9  |-  I  =  ( n  e.  NN0  |->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x )
1413a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  I  =  ( n  e.  NN0  |->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ n )  _d x ) )
15 oveq2 6094 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  N  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
1615ad2antlr 726 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  n  =  N )  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
1716itgeq2dv 21239 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  n  =  N )  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x )
18 2cnd 10386 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  2  e.  CC )
19 npcan 9611 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  CC  /\  2  e.  CC )  ->  ( ( N  - 
2 )  +  2 )  =  N )
2019eqcomd 2443 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  CC  /\  2  e.  CC )  ->  N  =  ( ( N  -  2 )  +  2 ) )
214, 18, 20syl2anc 661 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  N  =  ( ( N  -  2 )  +  2 ) )
22 uznn0sub 10884 . . . . . . . . . . 11  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( N  -  2 )  e. 
NN0 )
231, 22syl 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  ( N  -  2 )  e.  NN0 )
24 2nn0 10588 . . . . . . . . . . 11  |-  2  e.  NN0
2524a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  2  e.  NN0 )
2623, 25nn0addcld 10632 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
2 )  +  2 )  e.  NN0 )
2721, 26eqeltrd 2512 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  N  e.  NN0 )
28 itgex 21228 . . . . . . . . 9  |-  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x  e.  _V
2928a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x  e.  _V )
3014, 17, 27, 29fvmptd 5774 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x )
31 ioossre 11349 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( 0 (,) pi )  C_  RR
32 ax-resscn 9331 . . . . . . . . . . . . 13  |-  RR  C_  CC
3331, 32sstri 3360 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( 0 (,) pi )  C_  CC
3433sseli 3347 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  x  e.  CC )
3534sincld 13406 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  ( sin `  x )  e.  CC )
3635adantl 466 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( sin `  x )  e.  CC )
3727adantr 465 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  N  e.  NN0 )
3836, 37expcld 12000 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ N )  e.  CC )
39 ioossicc 11373 . . . . . . . . . 10  |-  ( 0 (,) pi )  C_  ( 0 [,] pi )
4039a1i 11 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( 0 (,) pi )  C_  ( 0 [,] pi ) )
41 ioombl 21026 . . . . . . . . . 10  |-  ( 0 (,) pi )  e. 
dom  vol
4241a1i 11 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( 0 (,) pi )  e.  dom  vol )
43 0re 9378 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  0  e.  RR
44 pire 21901 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  pi  e.  RR
45 iccssre 11369 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  pi  e.  RR )  -> 
( 0 [,] pi )  C_  RR )
4643, 44, 45mp2an 672 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 0 [,] pi )  C_  RR
4746, 32sstri 3360 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( 0 [,] pi )  C_  CC
4847sseli 3347 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ( 0 [,] pi )  ->  x  e.  CC )
4948sincld 13406 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( 0 [,] pi )  ->  ( sin `  x )  e.  CC )
5049adantl 466 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  ( sin `  x )  e.  CC )
5127adantr 465 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  N  e.  NN0 )
5250, 51expcld 12000 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ N )  e.  CC )
5343a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  0  e.  RR )
5444a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  pi  e.  RR )
5548adantl 466 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  x  e.  CC )
56 eqid 2438 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ N ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
5756fvmpt2 5776 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( x  e.  CC  /\  ( ( sin `  x
) ^ N )  e.  CC )  -> 
( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ N
) ) `  x
)  =  ( ( sin `  x ) ^ N ) )
5855, 52, 57syl2anc 661 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  (
( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) ) `  x )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
5958eqcomd 2443 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ N )  =  ( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ N ) ) `
 x ) )
6059mpteq2dva 4373 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  =  ( x  e.  ( 0 [,] pi )  |->  ( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) ) `  x ) ) )
61 nfmpt1 4376 . . . . . . . . . . . 12  |-  F/_ x
( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )
62 nfcv 2574 . . . . . . . . . . . . 13  |-  F/_ x sin
63 sincn 21889 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  sin  e.  ( CC -cn-> CC )
6463a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ph  ->  sin  e.  ( CC
-cn-> CC ) )
6562, 64, 27expcnfg 29744 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ph  ->  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  ( CC
-cn-> CC ) )
6647a1i 11 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ph  ->  ( 0 [,] pi )  C_  CC )
6761, 65, 66cncfmptss 29739 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ N
) ) `  x
) )  e.  ( ( 0 [,] pi ) -cn-> CC ) )
6860, 67eqeltrd 2512 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  ( ( 0 [,] pi )
-cn-> CC ) )
69 cniccibl 21298 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  pi  e.  RR  /\  (
x  e.  ( 0 [,] pi )  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  ( ( 0 [,] pi )
-cn-> CC ) )  -> 
( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
7053, 54, 68, 69syl3anc 1218 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
7140, 42, 52, 70iblss 21262 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
7238, 71itgcl 21241 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x  e.  CC )
7330, 72eqeltrd 2512 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  e.  CC )
7412, 6, 73adddird 9403 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  x.  (
I `  N )
)  =  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `
 N ) )  +  ( 1  x.  ( I `  N
) ) ) )
7573mulid2d 9396 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( 1  x.  (
I `  N )
)  =  ( I `
 N ) )
7675oveq2d 6102 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  N
) )  +  ( 1  x.  ( I `
 N ) ) )  =  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `
 N ) )  +  ( I `  N ) ) )
7774, 76eqtrd 2470 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  x.  (
I `  N )
)  =  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `
 N ) )  +  ( I `  N ) ) )
78 eluz2b2 10919 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( N  e.  NN  /\  1  < 
N ) )
791, 78sylib 196 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  ( N  e.  NN  /\  1  <  N ) )
8079simpld 459 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
81 expm1t 11884 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( sin `  x
)  e.  CC  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( sin `  x
) ^ N )  =  ( ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
1 ) )  x.  ( sin `  x
) ) )
8235, 80, 81syl2anr 478 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ N )  =  ( ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
1 ) )  x.  ( sin `  x
) ) )
8382itgeq2dv 21239 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  1 ) )  x.  ( sin `  x ) )  _d x )
84 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
1 ) ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  1 ) ) )
85 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  CC  |->  -u ( cos `  x ) )  =  ( x  e.  CC  |->  -u ( cos `  x
) )
86 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( ( N  -  1 )  - 
1 ) ) )  x.  ( cos `  x
) ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( ( sin `  x
) ^ ( ( N  -  1 )  -  1 ) ) )  x.  ( cos `  x ) ) )
87 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  1 ) )  x.  ( sin `  x
) ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  1 ) )  x.  ( sin `  x ) ) )
88 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( ( N  - 
1 )  x.  (
( sin `  x
) ^ ( ( N  -  1 )  -  1 ) ) )  x.  ( cos `  x ) )  x.  -u ( cos `  x
) ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( ( N  -  1 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ (
( N  -  1 )  -  1 ) ) )  x.  ( cos `  x ) )  x.  -u ( cos `  x
) ) )
89 eqid 2438 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ (
( N  -  1 )  -  1 ) ) ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( ( cos `  x ) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( ( N  -  1 )  - 
1 ) ) ) )
9084, 85, 86, 87, 88, 89, 11itgsinexplem1 29765 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  1 ) )  x.  ( sin `  x
) )  _d x  =  ( ( N  -  1 )  x.  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ (
( N  -  1 )  -  1 ) ) )  _d x ) )
914, 6, 6subsub4d 9742 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  -  1 )  =  ( N  -  ( 1  +  1 ) ) )
92 1p1e2 10427 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( 1  +  1 )  =  2
9392a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ph  ->  ( 1  +  1 )  =  2 )
9493oveq2d 6102 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ph  ->  ( N  -  (
1  +  1 ) )  =  ( N  -  2 ) )
9591, 94eqtrd 2470 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  -  1 )  =  ( N  -  2 ) )
9695adantr 465 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( N  -  1 )  -  1 )  =  ( N  - 
2 ) )
9796oveq2d 6102 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( ( N  -  1 )  -  1 ) )  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )
9897oveq2d 6102 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ (
( N  -  1 )  -  1 ) ) )  =  ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) ) )
9998itgeq2dv 21239 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ (
( N  -  1 )  -  1 ) ) )  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  _d x )
10099oveq2d 6102 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  x.  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x ) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x
) ^ ( ( N  -  1 )  -  1 ) ) )  _d x )  =  ( ( N  -  1 )  x.  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  _d x ) )
101 sincossq 13452 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( x  e.  CC  ->  (
( ( sin `  x
) ^ 2 )  +  ( ( cos `  x ) ^ 2 ) )  =  1 )
1025a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( x  e.  CC  ->  1  e.  CC )
103 sincl 13402 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( x  e.  CC  ->  ( sin `  x )  e.  CC )
104103sqcld 11998 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( x  e.  CC  ->  (
( sin `  x
) ^ 2 )  e.  CC )
105 coscl 13403 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( x  e.  CC  ->  ( cos `  x )  e.  CC )
106105sqcld 11998 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( x  e.  CC  ->  (
( cos `  x
) ^ 2 )  e.  CC )
107102, 104, 106subaddd 9729 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( x  e.  CC  ->  (
( 1  -  (
( sin `  x
) ^ 2 ) )  =  ( ( cos `  x ) ^ 2 )  <->  ( (
( sin `  x
) ^ 2 )  +  ( ( cos `  x ) ^ 2 ) )  =  1 ) )
108101, 107mpbird 232 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  e.  CC  ->  (
1  -  ( ( sin `  x ) ^ 2 ) )  =  ( ( cos `  x ) ^ 2 ) )
109108eqcomd 2443 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  CC  ->  (
( cos `  x
) ^ 2 )  =  ( 1  -  ( ( sin `  x
) ^ 2 ) ) )
11034, 109syl 16 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  (
( cos `  x
) ^ 2 )  =  ( 1  -  ( ( sin `  x
) ^ 2 ) ) )
111110oveq1d 6101 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  (
( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  =  ( ( 1  -  (
( sin `  x
) ^ 2 ) )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) ) )
112111adantl 466 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  =  ( ( 1  -  (
( sin `  x
) ^ 2 ) )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) ) )
113112itgeq2dv 21239 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( 1  -  (
( sin `  x
) ^ 2 ) )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )  _d x )
1145a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  1  e.  CC )
11535sqcld 11998 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  (
( sin `  x
) ^ 2 )  e.  CC )
116115adantl 466 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ 2 )  e.  CC )
11795eqcomd 2443 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ph  ->  ( N  -  2 )  =  ( ( N  -  1 )  -  1 ) )
118 nnm1nn0 10613 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( N  -  1 )  e.  NN  ->  (
( N  -  1 )  -  1 )  e.  NN0 )
11911, 118syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  -  1 )  e.  NN0 )
120117, 119eqeltrd 2512 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ph  ->  ( N  -  2 )  e.  NN0 )
121120adantr 465 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( N  -  2 )  e.  NN0 )
12236, 121expcld 12000 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  e.  CC )
123114, 116, 122subdird 9793 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( 1  -  (
( sin `  x
) ^ 2 ) )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )  =  ( ( 1  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  -  (
( ( sin `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) ) ) )
124122mulid2d 9396 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
1  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )
12524a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  2  e.  NN0 )
12636, 121, 125expaddd 12002 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( 2  +  ( N  - 
2 ) ) )  =  ( ( ( sin `  x ) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) ) )
12718, 4pncan3d 9714 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ph  ->  ( 2  +  ( N  -  2 ) )  =  N )
128127oveq2d 6102 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ph  ->  ( ( sin `  x
) ^ ( 2  +  ( N  - 
2 ) ) )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
129128adantr 465 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( 2  +  ( N  - 
2 ) ) )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
130126, 129eqtr3d 2472 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( ( sin `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  =  ( ( sin `  x
) ^ N ) )
131124, 130oveq12d 6104 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( 1  x.  (
( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  -  ( ( ( sin `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) ) )  =  ( ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) )  -  ( ( sin `  x ) ^ N ) ) )
132123, 131eqtrd 2470 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( 1  -  (
( sin `  x
) ^ 2 ) )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )  =  ( ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) )  -  ( ( sin `  x
) ^ N ) ) )
133132itgeq2dv 21239 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( 1  -  ( ( sin `  x ) ^ 2 ) )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  -  ( ( sin `  x ) ^ N
) )  _d x )
134120adantr 465 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  ( N  -  2 )  e.  NN0 )
13550, 134expcld 12000 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  e.  CC )
136 eqid 2438 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )  =  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )
137136fvmpt2 5776 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( x  e.  CC  /\  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  e.  CC )  -> 
( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) ) `  x
)  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )
13855, 135, 137syl2anc 661 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  (
( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) ) `  x )  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )
139138eqcomd 2443 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 [,] pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  =  ( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) ) `
 x ) )
140139mpteq2dva 4373 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  =  ( x  e.  ( 0 [,] pi )  |->  ( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) ) `  x ) ) )
141 nfmpt1 4376 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  F/_ x
( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )
14262, 64, 120expcnfg 29744 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ph  ->  ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  e.  ( CC
-cn-> CC ) )
143141, 142, 66cncfmptss 29739 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( x  e.  CC  |->  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) ) `  x
) )  e.  ( ( 0 [,] pi ) -cn-> CC ) )
144140, 143eqeltrd 2512 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  e.  ( ( 0 [,] pi )
-cn-> CC ) )
145 cniccibl 21298 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  pi  e.  RR  /\  (
x  e.  ( 0 [,] pi )  |->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  e.  ( ( 0 [,] pi )
-cn-> CC ) )  -> 
( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  e.  L^1 )
14653, 54, 144, 145syl3anc 1218 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 [,] pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  e.  L^1 )
14740, 42, 135, 146iblss 21262 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  e.  L^1 )
148122, 147, 38, 71itgsub 21283 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  -  ( ( sin `  x ) ^ N
) )  _d x  =  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) )
149113, 133, 1483eqtrd 2474 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x
) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )  _d x  =  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) )
150149oveq2d 6102 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  x.  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( cos `  x ) ^ 2 )  x.  ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) ) )  _d x )  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) ) )
15190, 100, 1503eqtrd 2474 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  1 ) )  x.  ( sin `  x
) )  _d x  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) ) )
15230, 83, 1513eqtrd 2474 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) ) )
153 oveq2 6094 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( n  =  ( N  - 
2 )  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) ) )
154153adantr 465 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( n  =  ( N  -  2 )  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( ( sin `  x ) ^ n
)  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) ) )
155154itgeq2dv 21239 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  =  ( N  - 
2 )  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) )  _d x )
156155adantl 466 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  n  =  ( N  -  2
) )  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) )  _d x )
157 itgex 21228 . . . . . . . . . . 11  |-  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  e.  _V
158157a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) )  _d x  e.  _V )
15914, 156, 120, 158fvmptd 5774 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( I `  ( N  -  2 ) )  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x )
160159, 30oveq12d 6104 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( ( I `  ( N  -  2
) )  -  (
I `  N )
)  =  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) )
161160oveq2d 6102 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  x.  (
( I `  ( N  -  2 ) )  -  ( I `
 N ) ) )  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  -  2 ) )  _d x  -  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N
)  _d x ) ) )
162122, 147itgcl 21241 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  - 
2 ) )  _d x  e.  CC )
163159, 162eqeltrd 2512 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( I `  ( N  -  2 ) )  e.  CC )
16412, 163, 73subdid 9792 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  x.  (
( I `  ( N  -  2 ) )  -  ( I `
 N ) ) )  =  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `
 ( N  - 
2 ) ) )  -  ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  N
) ) ) )
165152, 161, 1643eqtr2d 2476 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  =  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `
 ( N  - 
2 ) ) )  -  ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  N
) ) ) )
166165eqcomd 2443 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  ( N  -  2 ) ) )  -  (
( N  -  1 )  x.  ( I `
 N ) ) )  =  ( I `
 N ) )
16712, 163mulcld 9398 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  x.  (
I `  ( N  -  2 ) ) )  e.  CC )
16812, 73mulcld 9398 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( N  - 
1 )  x.  (
I `  N )
)  e.  CC )
169167, 168, 73subaddd 9729 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) )  -  ( ( N  - 
1 )  x.  (
I `  N )
) )  =  ( I `  N )  <-> 
( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  N
) )  +  ( I `  N ) )  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) ) ) )
170166, 169mpbid 210 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  N
) )  +  ( I `  N ) )  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) ) )
1719, 77, 1703eqtrd 2474 . . 3  |-  ( ph  ->  ( N  x.  (
I `  N )
)  =  ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) ) )
172171oveq1d 6101 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( N  x.  ( I `  N
) )  /  N
)  =  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `
 ( N  - 
2 ) ) )  /  N ) )
17380nnne0d 10358 . . 3  |-  ( ph  ->  N  =/=  0 )
17473, 4, 173divcan3d 10104 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( N  x.  ( I `  N
) )  /  N
)  =  ( I `
 N ) )
17512, 163, 4, 173div23d 10136 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( ( N  -  1 )  x.  ( I `  ( N  -  2 ) ) )  /  N
)  =  ( ( ( N  -  1 )  /  N )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) ) )
176172, 174, 1753eqtr3d 2478 1  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  =  ( ( ( N  -  1 )  /  N )  x.  ( I `  ( N  -  2
) ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 369    = wceq 1369    e. wcel 1756   _Vcvv 2967    C_ wss 3323   class class class wbr 4287    e. cmpt 4345   dom cdm 4835   ` cfv 5413  (class class class)co 6086   CCcc 9272   RRcr 9273   0cc0 9274   1c1 9275    + caddc 9277    x. cmul 9279    < clt 9410    - cmin 9587   -ucneg 9588    / cdiv 9985   NNcn 10314   2c2 10363   NN0cn0 10571   ZZcz 10638   ZZ>=cuz 10853   (,)cioo 11292   [,]cicc 11295   ^cexp 11857   sincsin 13341   cosccos 13342   picpi 13344   -cn->ccncf 20432   volcvol 20927   L^1cibl 21077   S.citg 21078
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1591  ax-4 1602  ax-5 1670  ax-6 1708  ax-7 1728  ax-8 1758  ax-9 1760  ax-10 1775  ax-11 1780  ax-12 1792  ax-13 1943  ax-ext 2419  ax-rep 4398  ax-sep 4408  ax-nul 4416  ax-pow 4465  ax-pr 4526  ax-un 6367  ax-inf2 7839  ax-cc 8596  ax-cnex 9330  ax-resscn 9331  ax-1cn 9332  ax-icn 9333  ax-addcl 9334  ax-addrcl 9335  ax-mulcl 9336  ax-mulrcl 9337  ax-mulcom 9338  ax-addass 9339  ax-mulass 9340  ax-distr 9341  ax-i2m1 9342  ax-1ne0 9343  ax-1rid 9344  ax-rnegex 9345  ax-rrecex 9346  ax-cnre 9347  ax-pre-lttri 9348  ax-pre-lttrn 9349  ax-pre-ltadd 9350  ax-pre-mulgt0 9351  ax-pre-sup 9352  ax-addf 9353  ax-mulf 9354
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1372  df-fal 1375  df-ex 1587  df-nf 1590  df-sb 1701  df-eu 2256  df-mo 2257  df-clab 2425  df-cleq 2431  df-clel 2434  df-nfc 2563  df-ne 2603  df-nel 2604  df-ral 2715  df-rex 2716  df-reu 2717  df-rmo 2718  df-rab 2719  df-v 2969  df-sbc 3182  df-csb 3284  df-dif 3326  df-un 3328  df-in 3330  df-ss 3337  df-pss 3339  df-nul 3633  df-if 3787  df-pw 3857  df-sn 3873  df-pr 3875  df-tp 3877  df-op 3879  df-uni 4087  df-int 4124  df-iun 4168  df-iin 4169  df-disj 4258  df-br 4288  df-opab 4346  df-mpt 4347  df-tr 4381  df-eprel 4627  df-id 4631  df-po 4636  df-so 4637  df-fr 4674  df-se 4675  df-we 4676  df-ord 4717  df-on 4718  df-lim 4719  df-suc 4720  df-xp 4841  df-rel 4842  df-cnv 4843  df-co 4844  df-dm 4845  df-rn 4846  df-res 4847  df-ima 4848  df-iota 5376  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-isom 5422  df-riota 6047  df-ov 6089  df-oprab 6090  df-mpt2 6091  df-of 6315  df-ofr 6316  df-om 6472  df-1st 6572  df-2nd 6573  df-supp 6686  df-recs 6824  df-rdg 6858  df-1o 6912  df-2o 6913  df-oadd 6916  df-omul 6917  df-er 7093  df-map 7208  df-pm 7209  df-ixp 7256  df-en 7303  df-dom 7304  df-sdom 7305  df-fin 7306  df-fsupp 7613  df-fi 7653  df-sup 7683  df-oi 7716  df-card 8101  df-acn 8104  df-cda 8329  df-pnf 9412  df-mnf 9413  df-xr 9414  df-ltxr 9415  df-le 9416  df-sub 9589  df-neg 9590  df-div 9986  df-nn 10315  df-2 10372  df-3 10373  df-4 10374  df-5 10375  df-6 10376  df-7 10377  df-8 10378  df-9 10379  df-10 10380  df-n0 10572  df-z 10639  df-dec 10748  df-uz 10854  df-q 10946  df-rp 10984  df-xneg 11081  df-xadd 11082  df-xmul 11083  df-ioo 11296  df-ioc 11297  df-ico 11298  df-icc 11299  df-fz 11430  df-fzo 11541  df-fl 11634  df-mod 11701  df-seq 11799  df-exp 11858  df-fac 12044  df-bc 12071  df-hash 12096  df-shft 12548  df-cj 12580  df-re 12581  df-im 12582  df-sqr 12716  df-abs 12717  df-limsup 12941  df-clim 12958  df-rlim 12959  df-sum 13156  df-ef 13345  df-sin 13347  df-cos 13348  df-pi 13350  df-struct 14168  df-ndx 14169  df-slot 14170  df-base 14171  df-sets 14172  df-ress 14173  df-plusg 14243  df-mulr 14244  df-starv 14245  df-sca 14246  df-vsca 14247  df-ip 14248  df-tset 14249  df-ple 14250  df-ds 14252  df-unif 14253  df-hom 14254  df-cco 14255  df-rest 14353  df-topn 14354  df-0g 14372  df-gsum 14373  df-topgen 14374  df-pt 14375  df-prds 14378  df-xrs 14432  df-qtop 14437  df-imas 14438  df-xps 14440  df-mre 14516  df-mrc 14517  df-acs 14519  df-mnd 15407  df-submnd 15457  df-mulg 15539  df-cntz 15826  df-cmn 16270  df-psmet 17789  df-xmet 17790  df-met 17791  df-bl 17792  df-mopn 17793  df-fbas 17794  df-fg 17795  df-cnfld 17799  df-top 18483  df-bases 18485  df-topon 18486  df-topsp 18487  df-cld 18603  df-ntr 18604  df-cls 18605  df-nei 18682  df-lp 18720  df-perf 18721  df-cn 18811  df-cnp 18812  df-haus 18899  df-cmp 18970  df-tx 19115  df-hmeo 19308  df-fil 19399  df-fm 19491  df-flim 19492  df-flf 19493  df-xms 19875  df-ms 19876  df-tms 19877  df-cncf 20434  df-ovol 20928  df-vol 20929  df-mbf 21079  df-itg1 21080  df-itg2 21081  df-ibl 21082  df-itg 21083  df-0p 21128  df-limc 21321  df-dv 21322
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