Theorem resin4p 14868

Description: Separate out the first four terms of the infinite series expansion of the sine of a real number. (Contributed by Paul Chapman, 19-Jan-2008.) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
efi4p.1	|- F = ( n e. NN0 |-> ( ( ( _i x. A ) ^ n ) / ( ! ` n ) ) )

Assertion

Ref	Expression
resin4p	|- ( A e. RR -> ( sin ` A ) = ( ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) + ( Im ` sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) )

Distinct variable groups:   A, k, n   k, F

Allowed substitution hint:   F( n)

Proof of Theorem resin4p

Step	Hyp	Ref	Expression
1		resinval 14865	. 2 |- ( A e. RR -> ( sin ` A ) = ( Im ` ( exp ` ( _i x. A ) ) ) )
2		recn 10026	. . . . 5 |- ( A e. RR -> A e. CC )
3		efi4p.1	. . . . . 6 |- F = ( n e. NN0 |-> ( ( ( _i x. A ) ^ n ) / ( ! ` n ) ) )
4	3	efi4p 14867	. . . . 5 |- ( A e. CC -> ( exp ` ( _i x. A ) ) = ( ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) + sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) )
5	2, 4	syl 17	. . . 4 |- ( A e. RR -> ( exp ` ( _i x. A ) ) = ( ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) + sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) )
6	5	fveq2d 6195	. . 3 |- ( A e. RR -> ( Im ` ( exp ` ( _i x. A ) ) ) = ( Im ` ( ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) + sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) )
7		1re 10039	. . . . . . 7 |- 1 e. RR
8		resqcl 12931	. . . . . . . 8 |- ( A e. RR -> ( A ^ 2 ) e. RR )
9	8	rehalfcld 11279	. . . . . . 7 |- ( A e. RR -> ( ( A ^ 2 ) / 2 ) e. RR )
10		resubcl 10345	. . . . . . 7 |- ( ( 1 e. RR /\ ( ( A ^ 2 ) / 2 ) e. RR ) -> ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) e. RR )
11	7, 9, 10	sylancr 695	. . . . . 6 |- ( A e. RR -> ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) e. RR )
12	11	recnd 10068	. . . . 5 |- ( A e. RR -> ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) e. CC )
13		ax-icn 9995	. . . . . 6 |- _i e. CC
14		3nn0 11310	. . . . . . . . . 10 |- 3 e. NN0
15		reexpcl 12877	. . . . . . . . . 10 |- ( ( A e. RR /\ 3 e. NN0 ) -> ( A ^ 3 ) e. RR )
16	14, 15	mpan2 707	. . . . . . . . 9 |- ( A e. RR -> ( A ^ 3 ) e. RR )
17		6re 11101	. . . . . . . . . 10 |- 6 e. RR
18		6pos 11119	. . . . . . . . . . 11 |- 0 < 6
19	17, 18	gt0ne0ii 10564	. . . . . . . . . 10 |- 6 =/= 0
20		redivcl 10744	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( A ^ 3 ) e. RR /\ 6 e. RR /\ 6 =/= 0 ) -> ( ( A ^ 3 ) / 6 ) e. RR )
21	17, 19, 20	mp3an23 1416	. . . . . . . . 9 |- ( ( A ^ 3 ) e. RR -> ( ( A ^ 3 ) / 6 ) e. RR )
22	16, 21	syl 17	. . . . . . . 8 |- ( A e. RR -> ( ( A ^ 3 ) / 6 ) e. RR )
23		resubcl 10345	. . . . . . . 8 |- ( ( A e. RR /\ ( ( A ^ 3 ) / 6 ) e. RR ) -> ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) e. RR )
24	22, 23	mpdan 702	. . . . . . 7 |- ( A e. RR -> ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) e. RR )
25	24	recnd 10068	. . . . . 6 |- ( A e. RR -> ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) e. CC )
26		mulcl 10020	. . . . . 6 |- ( ( _i e. CC /\ ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) e. CC ) -> ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) e. CC )
27	13, 25, 26	sylancr 695	. . . . 5 |- ( A e. RR -> ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) e. CC )
28	12, 27	addcld 10059	. . . 4 |- ( A e. RR -> ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) e. CC )
29		mulcl 10020	. . . . . 6 |- ( ( _i e. CC /\ A e. CC ) -> ( _i x. A ) e. CC )
30	13, 2, 29	sylancr 695	. . . . 5 |- ( A e. RR -> ( _i x. A ) e. CC )
31		4nn0 11311	. . . . 5 |- 4 e. NN0
32	3	eftlcl 14837	. . . . 5 |- ( ( ( _i x. A ) e. CC /\ 4 e. NN0 ) -> sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) e. CC )
33	30, 31, 32	sylancl 694	. . . 4 |- ( A e. RR -> sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) e. CC )
34	28, 33	imaddd 13955	. . 3 |- ( A e. RR -> ( Im ` ( ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) + sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) = ( ( Im ` ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) ) + ( Im ` sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) )
35	11, 24	crimd 13972	. . . 4 |- ( A e. RR -> ( Im ` ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) ) = ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) )
36	35	oveq1d 6665	. . 3 |- ( A e. RR -> ( ( Im ` ( ( 1 - ( ( A ^ 2 ) / 2 ) ) + ( _i x. ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) ) ) ) + ( Im ` sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) = ( ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) + ( Im ` sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) )
37	6, 34, 36	3eqtrd 2660	. 2 |- ( A e. RR -> ( Im ` ( exp ` ( _i x. A ) ) ) = ( ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) + ( Im ` sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) )
38	1, 37	eqtrd 2656	1 |- ( A e. RR -> ( sin ` A ) = ( ( A - ( ( A ^ 3 ) / 6 ) ) + ( Im ` sum_ k e. ( ZZ>= ` 4 ) ( F ` k ) ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   = wceq 1483   e. wcel 1990   =/= wne 2794   |-> cmpt 4729   ` cfv 5888  (class class class)co 6650   CCcc 9934   RRcr 9935   0cc0 9936   1c1 9937   _ici 9938   + caddc 9939   x. cmul 9941   - cmin 10266   / cdiv 10684   2c2 11070   3c3 11071   4c4 11072   6c6 11074   NN0cn0 11292   ZZ>=cuz 11687   ^cexp 12860   !cfa 13060   Imcim 13838   sum_csu 14416   expce 14792   sincsin 14794

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-inf2 8538  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014  ax-addf 10015  ax-mulf 10016

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-fal 1489  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-se 5074  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-isom 5897  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-oadd 7564  df-er 7742  df-pm 7860  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-sup 8348  df-inf 8349  df-oi 8415  df-card 8765  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-4 11081  df-5 11082  df-6 11083  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-rp 11833  df-ico 12181  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-fl 12593  df-seq 12802  df-exp 12861  df-fac 13061  df-hash 13118  df-shft 13807  df-cj 13839  df-re 13840  df-im 13841  df-sqrt 13975  df-abs 13976  df-limsup 14202  df-clim 14219  df-rlim 14220  df-sum 14417  df-ef 14798  df-sin 14800

This theorem is referenced by:  sin01bnd  14915