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Theorem cosadd

Description: Addition formula for cosine. Equation 15 of Gleason p. 310. (Contributed by NM, 15-Jan-2006) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2014)

Ref Expression
Assertion cosadd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A + B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 addcl ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → A + B ∈ ℂ
2 cosval ⊢ A + B ∈ ℂ → cos ⁡ A + B = e i ⁢ A + B + e − i ⁢ A + B 2
3 1 2 syl ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A + B = e i ⁢ A + B + e − i ⁢ A + B 2
4 coscl ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ A ∈ ℂ
5 4 adantr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ∈ ℂ
6 coscl ⊢ B ∈ ℂ → cos ⁡ B ∈ ℂ
7 6 adantl ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ B ∈ ℂ
8 5 7 mulcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B ∈ ℂ
9 ax-icn ⊢ i ∈ ℂ
10 sincl ⊢ B ∈ ℂ → sin ⁡ B ∈ ℂ
11 10 adantl ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → sin ⁡ B ∈ ℂ
12 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ sin ⁡ B ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ B ∈ ℂ
13 9 11 12 sylancr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ B ∈ ℂ
14 sincl ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ∈ ℂ
15 14 adantr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → sin ⁡ A ∈ ℂ
16 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ sin ⁡ A ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
17 9 15 16 sylancr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
18 13 17 mulcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
19 8 18 addcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
20 5 13 mulcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B ∈ ℂ
21 7 17 mulcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
22 20 21 addcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
23 19 22 19 ppncand ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A - cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
24 adddi ⊢ i ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ A + B = i ⁢ A + i ⁢ B
25 9 24 mp3an1 ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ A + B = i ⁢ A + i ⁢ B
26 25 fveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + B = e i ⁢ A + i ⁢ B
27 simpl ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → A ∈ ℂ
28 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ → i ⁢ A ∈ ℂ
29 9 27 28 sylancr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ A ∈ ℂ
30 simpr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → B ∈ ℂ
31 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ B ∈ ℂ
32 9 30 31 sylancr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ B ∈ ℂ
33 efadd ⊢ i ⁢ A ∈ ℂ ∧ i ⁢ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + i ⁢ B = e i ⁢ A ⁢ e i ⁢ B
34 29 32 33 syl2anc ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + i ⁢ B = e i ⁢ A ⁢ e i ⁢ B
35 efival ⊢ A ∈ ℂ → e i ⁢ A = cos ⁡ A + i ⁢ sin ⁡ A
36 efival ⊢ B ∈ ℂ → e i ⁢ B = cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B
37 35 36 oveqan12d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A ⁢ e i ⁢ B = cos ⁡ A + i ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B
38 5 17 7 13 muladdd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A + i ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
39 37 38 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A ⁢ e i ⁢ B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
40 26 34 39 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
41 negicn ⊢ − i ∈ ℂ
42 adddi ⊢ − i ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → − i ⁢ A + B = − i ⁢ A + − i ⁢ B
43 41 42 mp3an1 ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → − i ⁢ A + B = − i ⁢ A + − i ⁢ B
44 43 fveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e − i ⁢ A + B = e − i ⁢ A + − i ⁢ B
45 mulcl ⊢ − i ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ → − i ⁢ A ∈ ℂ
46 41 27 45 sylancr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → − i ⁢ A ∈ ℂ
47 mulcl ⊢ − i ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → − i ⁢ B ∈ ℂ
48 41 30 47 sylancr ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → − i ⁢ B ∈ ℂ
49 efadd ⊢ − i ⁢ A ∈ ℂ ∧ − i ⁢ B ∈ ℂ → e − i ⁢ A + − i ⁢ B = e − i ⁢ A ⁢ e − i ⁢ B
50 46 48 49 syl2anc ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e − i ⁢ A + − i ⁢ B = e − i ⁢ A ⁢ e − i ⁢ B
51 efmival ⊢ A ∈ ℂ → e − i ⁢ A = cos ⁡ A − i ⁢ sin ⁡ A
52 efmival ⊢ B ∈ ℂ → e − i ⁢ B = cos ⁡ B − i ⁢ sin ⁡ B
53 51 52 oveqan12d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e − i ⁢ A ⁢ e − i ⁢ B = cos ⁡ A − i ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ B − i ⁢ sin ⁡ B
54 5 17 7 13 mulsubd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A − i ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ B − i ⁢ sin ⁡ B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A - cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
55 53 54 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e − i ⁢ A ⁢ e − i ⁢ B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A - cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
56 44 50 55 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e − i ⁢ A + B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A - cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
57 40 56 oveq12d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + B + e − i ⁢ A + B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A - cos ⁡ A ⁢ i ⁢ sin ⁡ B + cos ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
58 19 2timesd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A + cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
59 23 57 58 3eqtr4d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + B + e − i ⁢ A + B = 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
60 59 oveq1d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → e i ⁢ A + B + e − i ⁢ A + B 2 = 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A 2
61 2cn ⊢ 2 ∈ ℂ
62 2ne0 ⊢ 2 ≠ 0
63 divcan3 ⊢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0 → 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A 2 = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
64 61 62 63 mp3an23 ⊢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ → 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A 2 = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
65 19 64 syl ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A 2 = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A
66 9 a1i ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ∈ ℂ
67 66 11 66 15 mul4d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A = i ⁢ i ⁢ sin ⁡ B ⁢ sin ⁡ A
68 ixi ⊢ i ⁢ i = − 1
69 68 oveq1i ⊢ i ⁢ i ⁢ sin ⁡ B ⁢ sin ⁡ A = -1 ⁢ sin ⁡ B ⁢ sin ⁡ A
70 11 15 mulcomd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → sin ⁡ B ⁢ sin ⁡ A = sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
71 70 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → -1 ⁢ sin ⁡ B ⁢ sin ⁡ A = -1 ⁢ sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
72 69 71 eqtrid ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ i ⁢ sin ⁡ B ⁢ sin ⁡ A = -1 ⁢ sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
73 15 11 mulcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B ∈ ℂ
74 73 mulm1d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → -1 ⁢ sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B = − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
75 67 72 74 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A = − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
76 75 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
77 8 73 negsubd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
78 65 76 77 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → 2 ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B + i ⁢ sin ⁡ B ⁢ i ⁢ sin ⁡ A 2 = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B
79 3 60 78 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ → cos ⁡ A + B = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ B − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ B