Metamath Proof Explorer


Theorem demoivreALT

Description: Alternate proof of demoivre . It is longer but does not use the exponential function. This is Metamath 100 proof #17. (Contributed by Steve Rodriguez, 10-Nov-2006) (Proof modification is discouraged.) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion demoivreALT AN0cosA+isinAN=cosNA+isinNA

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 x=0cosA+isinAx=cosA+isinA0
2 oveq1 x=0xA=0A
3 2 fveq2d x=0cosxA=cos0A
4 2 fveq2d x=0sinxA=sin0A
5 4 oveq2d x=0isinxA=isin0A
6 3 5 oveq12d x=0cosxA+isinxA=cos0A+isin0A
7 1 6 eqeq12d x=0cosA+isinAx=cosxA+isinxAcosA+isinA0=cos0A+isin0A
8 7 imbi2d x=0AcosA+isinAx=cosxA+isinxAAcosA+isinA0=cos0A+isin0A
9 oveq2 x=kcosA+isinAx=cosA+isinAk
10 oveq1 x=kxA=kA
11 10 fveq2d x=kcosxA=coskA
12 10 fveq2d x=ksinxA=sinkA
13 12 oveq2d x=kisinxA=isinkA
14 11 13 oveq12d x=kcosxA+isinxA=coskA+isinkA
15 9 14 eqeq12d x=kcosA+isinAx=cosxA+isinxAcosA+isinAk=coskA+isinkA
16 15 imbi2d x=kAcosA+isinAx=cosxA+isinxAAcosA+isinAk=coskA+isinkA
17 oveq2 x=k+1cosA+isinAx=cosA+isinAk+1
18 oveq1 x=k+1xA=k+1A
19 18 fveq2d x=k+1cosxA=cosk+1A
20 18 fveq2d x=k+1sinxA=sink+1A
21 20 oveq2d x=k+1isinxA=isink+1A
22 19 21 oveq12d x=k+1cosxA+isinxA=cosk+1A+isink+1A
23 17 22 eqeq12d x=k+1cosA+isinAx=cosxA+isinxAcosA+isinAk+1=cosk+1A+isink+1A
24 23 imbi2d x=k+1AcosA+isinAx=cosxA+isinxAAcosA+isinAk+1=cosk+1A+isink+1A
25 oveq2 x=NcosA+isinAx=cosA+isinAN
26 oveq1 x=NxA=NA
27 26 fveq2d x=NcosxA=cosNA
28 26 fveq2d x=NsinxA=sinNA
29 28 oveq2d x=NisinxA=isinNA
30 27 29 oveq12d x=NcosxA+isinxA=cosNA+isinNA
31 25 30 eqeq12d x=NcosA+isinAx=cosxA+isinxAcosA+isinAN=cosNA+isinNA
32 31 imbi2d x=NAcosA+isinAx=cosxA+isinxAAcosA+isinAN=cosNA+isinNA
33 coscl AcosA
34 ax-icn i
35 sincl AsinA
36 mulcl isinAisinA
37 34 35 36 sylancr AisinA
38 addcl cosAisinAcosA+isinA
39 33 37 38 syl2anc AcosA+isinA
40 exp0 cosA+isinAcosA+isinA0=1
41 39 40 syl AcosA+isinA0=1
42 mul02 A0A=0
43 42 fveq2d Acos0A=cos0
44 cos0 cos0=1
45 43 44 eqtrdi Acos0A=1
46 42 fveq2d Asin0A=sin0
47 sin0 sin0=0
48 46 47 eqtrdi Asin0A=0
49 48 oveq2d Aisin0A=i0
50 34 mul01i i0=0
51 49 50 eqtrdi Aisin0A=0
52 45 51 oveq12d Acos0A+isin0A=1+0
53 ax-1cn 1
54 53 addridi 1+0=1
55 52 54 eqtrdi Acos0A+isin0A=1
56 41 55 eqtr4d AcosA+isinA0=cos0A+isin0A
57 expp1 cosA+isinAk0cosA+isinAk+1=cosA+isinAkcosA+isinA
58 39 57 sylan Ak0cosA+isinAk+1=cosA+isinAkcosA+isinA
59 58 ancoms k0AcosA+isinAk+1=cosA+isinAkcosA+isinA
60 59 adantr k0AcosA+isinAk=coskA+isinkAcosA+isinAk+1=cosA+isinAkcosA+isinA
61 oveq1 cosA+isinAk=coskA+isinkAcosA+isinAkcosA+isinA=coskA+isinkAcosA+isinA
62 61 adantl k0AcosA+isinAk=coskA+isinkAcosA+isinAkcosA+isinA=coskA+isinkAcosA+isinA
63 nn0cn k0k
64 mulcl kAkA
65 63 64 sylan k0AkA
66 sinadd kAAsinkA+A=sinkAcosA+coskAsinA
67 65 66 sylancom k0AsinkA+A=sinkAcosA+coskAsinA
68 33 adantl k0AcosA
69 sincl kAsinkA
70 65 69 syl k0AsinkA
71 mulcom cosAsinkAcosAsinkA=sinkAcosA
72 68 70 71 syl2anc k0AcosAsinkA=sinkAcosA
73 72 oveq1d k0AcosAsinkA+coskAsinA=sinkAcosA+coskAsinA
74 mulcl cosAsinkAcosAsinkA
75 68 70 74 syl2anc k0AcosAsinkA
76 coscl kAcoskA
77 65 76 syl k0AcoskA
78 35 adantl k0AsinA
79 mulcl coskAsinAcoskAsinA
80 77 78 79 syl2anc k0AcoskAsinA
81 addcom cosAsinkAcoskAsinAcosAsinkA+coskAsinA=coskAsinA+cosAsinkA
82 75 80 81 syl2anc k0AcosAsinkA+coskAsinA=coskAsinA+cosAsinkA
83 67 73 82 3eqtr2d k0AsinkA+A=coskAsinA+cosAsinkA
84 83 oveq2d k0AisinkA+A=icoskAsinA+cosAsinkA
85 84 oveq2d k0AcoskA+A+isinkA+A=coskA+A+icoskAsinA+cosAsinkA
86 adddir k1Ak+1A=kA+1A
87 mullid A1A=A
88 87 oveq2d AkA+1A=kA+A
89 88 3ad2ant3 k1AkA+1A=kA+A
90 86 89 eqtrd k1Ak+1A=kA+A
91 63 90 syl3an1 k01Ak+1A=kA+A
92 53 91 mp3an2 k0Ak+1A=kA+A
93 92 fveq2d k0Acosk+1A=coskA+A
94 92 fveq2d k0Asink+1A=sinkA+A
95 94 oveq2d k0Aisink+1A=isinkA+A
96 93 95 oveq12d k0Acosk+1A+isink+1A=coskA+A+isinkA+A
97 mulcl isinkAisinkA
98 34 97 mpan sinkAisinkA
99 65 69 98 3syl k0AisinkA
100 33 37 jca AcosAisinA
101 100 adantl k0AcosAisinA
102 muladd coskAisinkAcosAisinAcoskA+isinkAcosA+isinA=coskAcosA+isinAisinkA+coskAisinA+cosAisinkA
103 77 99 101 102 syl21anc k0AcoskA+isinkAcosA+isinA=coskAcosA+isinAisinkA+coskAisinA+cosAisinkA
104 78 34 jctil k0AisinA
105 70 34 jctil k0AisinkA
106 mul4 isinAisinkAisinAisinkA=iisinAsinkA
107 ixi ii=1
108 107 oveq1i iisinAsinkA=-1sinAsinkA
109 106 108 eqtrdi isinAisinkAisinAisinkA=-1sinAsinkA
110 104 105 109 syl2anc k0AisinAisinkA=-1sinAsinkA
111 110 oveq2d k0AcoskAcosA+isinAisinkA=coskAcosA+-1sinAsinkA
112 111 oveq1d k0AcoskAcosA+isinAisinkA+coskAisinA+cosAisinkA=coskAcosA+-1sinAsinkA+coskAisinA+cosAisinkA
113 mul12 coskAisinAcoskAisinA=icoskAsinA
114 34 113 mp3an2 coskAsinAcoskAisinA=icoskAsinA
115 77 78 114 syl2anc k0AcoskAisinA=icoskAsinA
116 mul12 cosAisinkAcosAisinkA=icosAsinkA
117 34 116 mp3an2 cosAsinkAcosAisinkA=icosAsinkA
118 68 70 117 syl2anc k0AcosAisinkA=icosAsinkA
119 115 118 oveq12d k0AcoskAisinA+cosAisinkA=icoskAsinA+icosAsinkA
120 adddi icoskAsinAcosAsinkAicoskAsinA+cosAsinkA=icoskAsinA+icosAsinkA
121 34 120 mp3an1 coskAsinAcosAsinkAicoskAsinA+cosAsinkA=icoskAsinA+icosAsinkA
122 80 75 121 syl2anc k0AicoskAsinA+cosAsinkA=icoskAsinA+icosAsinkA
123 119 122 eqtr4d k0AcoskAisinA+cosAisinkA=icoskAsinA+cosAsinkA
124 123 oveq2d k0AcoskAcosA+-1sinAsinkA+coskAisinA+cosAisinkA=coskAcosA+-1sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA
125 103 112 124 3eqtrd k0AcoskA+isinkAcosA+isinA=coskAcosA+-1sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA
126 mulcl sinAsinkAsinAsinkA
127 78 70 126 syl2anc k0AsinAsinkA
128 mulm1 sinAsinkA-1sinAsinkA=sinAsinkA
129 127 128 syl k0A-1sinAsinkA=sinAsinkA
130 129 oveq2d k0AcoskAcosA+-1sinAsinkA=coskAcosA+sinAsinkA
131 130 oveq1d k0AcoskAcosA+-1sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA=coskAcosA+sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA
132 mulcl coskAcosAcoskAcosA
133 77 68 132 syl2anc k0AcoskAcosA
134 negsub coskAcosAsinAsinkAcoskAcosA+sinAsinkA=coskAcosAsinAsinkA
135 133 127 134 syl2anc k0AcoskAcosA+sinAsinkA=coskAcosAsinAsinkA
136 135 oveq1d k0AcoskAcosA+sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA=coskAcosA-sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA
137 125 131 136 3eqtrd k0AcoskA+isinkAcosA+isinA=coskAcosA-sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA
138 cosadd kAAcoskA+A=coskAcosAsinkAsinA
139 65 138 sylancom k0AcoskA+A=coskAcosAsinkAsinA
140 mulcom sinkAsinAsinkAsinA=sinAsinkA
141 70 78 140 syl2anc k0AsinkAsinA=sinAsinkA
142 141 oveq2d k0AcoskAcosAsinkAsinA=coskAcosAsinAsinkA
143 139 142 eqtrd k0AcoskA+A=coskAcosAsinAsinkA
144 143 oveq1d k0AcoskA+A+icoskAsinA+cosAsinkA=coskAcosA-sinAsinkA+icoskAsinA+cosAsinkA
145 137 144 eqtr4d k0AcoskA+isinkAcosA+isinA=coskA+A+icoskAsinA+cosAsinkA
146 85 96 145 3eqtr4rd k0AcoskA+isinkAcosA+isinA=cosk+1A+isink+1A
147 146 adantr k0AcosA+isinAk=coskA+isinkAcoskA+isinkAcosA+isinA=cosk+1A+isink+1A
148 60 62 147 3eqtrd k0AcosA+isinAk=coskA+isinkAcosA+isinAk+1=cosk+1A+isink+1A
149 148 exp31 k0AcosA+isinAk=coskA+isinkAcosA+isinAk+1=cosk+1A+isink+1A
150 149 a2d k0AcosA+isinAk=coskA+isinkAAcosA+isinAk+1=cosk+1A+isink+1A
151 8 16 24 32 56 150 nn0ind N0AcosA+isinAN=cosNA+isinNA
152 151 impcom AN0cosA+isinAN=cosNA+isinNA