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

Theorem sinaddi 8716
Description: Sine addition formula for complex arguments. Equation 14 of [Gleason] p. 310.
Hypotheses
Ref Expression
sinadd.1 |- A e. CC
sinadd.2 |- B e. CC
Assertion
Ref Expression
sinaddi |- (sin` (A + B)) = (((sin`
A) x. (cos` B)) + ((cos` A) x. (sin` B)))

Proof of Theorem sinaddi
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 sinval 8694 . . 3 |- ((A + B) e. CC -> (sin` (A + B)) = (((exp` (_i x. (A + B))) - (exp` (-u_i x. (A + B)))) / (2 x. _i)))
53, 4ax-mp 7 . 2 |- (sin` (A + B)) = (((exp`
(_i x. (A + B))) - (exp` (-u_i x. (A + B)))) / (2 x. _i))
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
2319, 22, 22pnncani 6649 . . . 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. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A)))) + (((cos`
A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
2411, 1, 2adddii 6479 . . . . . . 7 |- (_i x. (A + B)) = ((_i x. A) + (_i x. B))
2524fveq2i 4684 . . . . . 6 |- (exp` (_i x. (A + B))) = (exp` ((_i x. A) + (_i x. B)))
2611, 1mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (_i x. A) e. CC
2711, 2mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (_i x. B) e. CC
2826, 27efaddi 8628 . . . . . 6 |- (exp` ((_i x. A) + (_i x. B))) = ((exp` (_i x. A)) x. (exp` (_i x. B)))
29 efival 8712 . . . . . . . . 9 |- (A e. CC -> (exp` (_i x. A)) = ((cos`
A) + (_i x. (sin` A))))
301, 29ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (_i x. A)) = ((cos` A) + (_i x. (sin`
A)))
31 efival 8712 . . . . . . . . 9 |- (B e. CC -> (exp` (_i x. B)) = ((cos`
B) + (_i x. (sin` B))))
322, 31ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (_i x. B)) = ((cos` B) + (_i x. (sin`
B)))
3330, 32opreq12i 4894 . . . . . . 7 |- ((exp` (_i x. A)) x. (exp`
(_i x. B))) = (((cos` A) + (_i x. (sin` A))) x. ((cos` B) + (_i x. (sin`
B))))
347, 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)))))
3533, 34eqtri 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)))))
3625, 28, 353eqtri 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)))))
3711negcli 6526 . . . . . . . 8 |- -u_i e. CC
3837, 1, 2adddii 6479 . . . . . . 7 |- (-u_i x. (A + B)) = ((-u_i x. A) + (-u_i x. B))
3938fveq2i 4684 . . . . . 6 |- (exp` (-u_i x. (A + B))) = (exp` ((-u_i x. A) + (-u_i x. B)))
4037, 1mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (-u_i x. A) e. CC
4137, 2mulcli 6474 . . . . . . 7 |- (-u_i x. B) e. CC
4240, 41efaddi 8628 . . . . . 6 |- (exp` ((-u_i x. A) + (-u_i x. B))) = ((exp`
(-u_i x. A)) x. (exp` (-u_i x. B)))
43 efmival 8713 . . . . . . . . 9 |- (A e. CC -> (exp` (-u_i x. A)) = ((cos` A) - (_i x. (sin` A))))
441, 43ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (-u_i x. A)) = ((cos` A) - (_i x. (sin`
A)))
45 efmival 8713 . . . . . . . . 9 |- (B e. CC -> (exp` (-u_i x. B)) = ((cos` B) - (_i x. (sin` B))))
462, 45ax-mp 7 . . . . . . . 8 |- (exp` (-u_i x. B)) = ((cos` B) - (_i x. (sin`
B)))
4744, 46opreq12i 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))))
487, 17pm3.2i 307 . . . . . . . 8 |- ((cos` A) e. CC /\ (_i x. (sin` A)) e. CC)
499, 14pm3.2i 307 . . . . . . . 8 |- ((cos` B) e. CC /\ (_i x. (sin` B)) e. CC)
50 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))))))
5148, 49, 50mp2an 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)))))
5247, 51eqtri 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)))))
5339, 42, 523eqtri 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)))))
5436, 53opreq12i 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))))))
55222timesi 7187 . . . 4 |- (2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A))))) = ((((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A)))) + (((cos`
A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
5623, 54, 553eqtr4i 1921 . . 3 |- ((exp` (_i x. (A + B))) - (exp`
(-u_i x. (A + B)))) = (2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin`
A)))))
5756opreq1i 4892 . 2 |- (((exp` (_i x. (A + B))) - (exp` (-u_i x. (A + B)))) / (2 x. _i)) = ((2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A))))) / (2 x. _i))
58 2cn 7164 . . . . . 6 |- 2 e. CC
597, 13mulcli 6474 . . . . . . 7 |- ((cos` A) x. (sin` B)) e. CC
6016, 9mulcli 6474 . . . . . . 7 |- ((sin` A) x. (cos` B)) e. CC
6159, 60addcli 6473 . . . . . 6 |- (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B))) e. CC
6258, 11, 61mulassi 6478 . . . . 5 |- ((2 x. _i) x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))) = (2 x. (_i x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))))
6311, 59, 60adddii 6479 . . . . . . 7 |- (_i x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))) = ((_i x. ((cos` A) x. (sin` B))) + (_i x. ((sin` A) x. (cos` B))))
6411, 7, 13mul12i 6585 . . . . . . . 8 |- (_i x. ((cos` A) x. (sin` B))) = ((cos`
A) x. (_i x. (sin` B)))
6516, 9mulcomi 6476 . . . . . . . . . 10 |- ((sin` A) x. (cos` B)) = ((cos` B) x. (sin` A))
6665opreq2i 4893 . . . . . . . . 9 |- (_i x. ((sin` A) x. (cos` B))) = (_i x. ((cos` B) x. (sin` A)))
6711, 9, 16mul12i 6585 . . . . . . . . 9 |- (_i x. ((cos` B) x. (sin` A))) = ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A)))
6866, 67eqtri 1908 . . . . . . . 8 |- (_i x. ((sin` A) x. (cos` B))) = ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A)))
6964, 68opreq12i 4894 . . . . . . 7 |- ((_i x. ((cos` A) x. (sin` B))) + (_i x. ((sin` A) x. (cos` B)))) = (((cos`
A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))
7063, 69eqtri 1908 . . . . . 6 |- (_i x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))) = (((cos`
A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))
7170opreq2i 4893 . . . . 5 |- (2 x. (_i x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B))))) = (2 x. (((cos`
A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
7262, 71eqtri 1908 . . . 4 |- ((2 x. _i) x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))) = (2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A)))))
7358, 22mulcli 6474 . . . . 5 |- (2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos`
B) x. (_i x. (sin` A))))) e. CC
7458, 11mulcli 6474 . . . . 5 |- (2 x. _i) e. CC
75 2ne0 7174 . . . . . 6 |- 2 =/= 0
76 ine0 6597 . . . . . 6 |- _i =/= 0
7758, 11, 75, 76mulne0i 6888 . . . . 5 |- (2 x. _i) =/= 0
7873, 74, 61, 77divmuli 6894 . . . 4 |- (((2 x. (((cos`
A) x. (_i x. (sin` B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))) / (2 x. _i)) = (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B))) <-> ((2 x. _i) x. (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))) = (2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))))
7972, 78mpbir 207 . . 3 |- ((2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))) / (2 x. _i)) = (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))
8060, 59addcomi 6475 . . 3 |- (((sin` A) x. (cos` B)) + ((cos` A) x. (sin` B))) = (((cos` A) x. (sin` B)) + ((sin` A) x. (cos` B)))
8179, 80eqtr4i 1911 . 2 |- ((2 x. (((cos` A) x. (_i x. (sin`
B))) + ((cos` B) x. (_i x. (sin` A))))) / (2 x. _i)) = (((sin` A) x. (cos` B)) + ((cos` A) x. (sin` B)))
825, 57, 813eqtri 1912 1 |- (sin` (A + B)) = (((sin`
A) x. (cos` B)) + ((cos` 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  _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:  sinadd 8718
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