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Theorem dirkertrigeqlem1

Description: Sum of an even number of alternating cos values. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Assertion dirkertrigeqlem1 K n = 1 2 K cos n π = 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 x = 1 2 x = 2 1
2 1 oveq2d x = 1 1 2 x = 1 2 1
3 2 sumeq1d x = 1 n = 1 2 x cos n π = n = 1 2 1 cos n π
4 3 eqeq1d x = 1 n = 1 2 x cos n π = 0 n = 1 2 1 cos n π = 0
5 oveq2 x = y 2 x = 2 y
6 5 oveq2d x = y 1 2 x = 1 2 y
7 6 sumeq1d x = y n = 1 2 x cos n π = n = 1 2 y cos n π
8 7 eqeq1d x = y n = 1 2 x cos n π = 0 n = 1 2 y cos n π = 0
9 oveq2 x = y + 1 2 x = 2 y + 1
10 9 oveq2d x = y + 1 1 2 x = 1 2 y + 1
11 10 sumeq1d x = y + 1 n = 1 2 x cos n π = n = 1 2 y + 1 cos n π
12 11 eqeq1d x = y + 1 n = 1 2 x cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 cos n π = 0
13 oveq2 x = K 2 x = 2 K
14 13 oveq2d x = K 1 2 x = 1 2 K
15 14 sumeq1d x = K n = 1 2 x cos n π = n = 1 2 K cos n π
16 15 eqeq1d x = K n = 1 2 x cos n π = 0 n = 1 2 K cos n π = 0
17 ax-1cn 1
18 17 2timesi 2 1 = 1 + 1
19 18 oveq2i 1 2 1 = 1 1 + 1
20 19 sumeq1i n = 1 2 1 cos n π = n = 1 1 + 1 cos n π
21 1z 1
22 uzid 1 1 1
23 21 22 ax-mp 1 1
24 23 a1i 1 1
25 elfzelz n 1 1 + 1 n
26 25 zcnd n 1 1 + 1 n
27 26 adantl n 1 1 + 1 n
28 picn π
29 28 a1i n 1 1 + 1 π
30 27 29 mulcld n 1 1 + 1 n π
31 30 coscld n 1 1 + 1 cos n π
32 id n = 1 + 1 n = 1 + 1
33 1p1e2 1 + 1 = 2
34 32 33 eqtrdi n = 1 + 1 n = 2
35 34 fvoveq1d n = 1 + 1 cos n π = cos 2 π
36 24 31 35 fsump1 n = 1 1 + 1 cos n π = n = 1 1 cos n π + cos 2 π
37 36 mptru n = 1 1 + 1 cos n π = n = 1 1 cos n π + cos 2 π
38 coscl π cos π
39 28 38 ax-mp cos π
40 oveq1 n = 1 n π = 1 π
41 28 mulid2i 1 π = π
42 40 41 eqtrdi n = 1 n π = π
43 42 fveq2d n = 1 cos n π = cos π
44 43 fsum1 1 cos π n = 1 1 cos n π = cos π
45 21 39 44 mp2an n = 1 1 cos n π = cos π
46 cospi cos π = 1
47 45 46 eqtri n = 1 1 cos n π = 1
48 cos2pi cos 2 π = 1
49 47 48 oveq12i n = 1 1 cos n π + cos 2 π = - 1 + 1
50 neg1cn 1
51 1pneg1e0 1 + -1 = 0
52 17 50 51 addcomli - 1 + 1 = 0
53 37 49 52 3eqtri n = 1 1 + 1 cos n π = 0
54 20 53 eqtri n = 1 2 1 cos n π = 0
55 18 oveq2i 2 y + 2 1 = 2 y + 1 + 1
56 2cnd y 2
57 nncn y y
58 17 a1i y 1
59 56 57 58 adddid y 2 y + 1 = 2 y + 2 1
60 56 57 mulcld y 2 y
61 60 58 58 addassd y 2 y + 1 + 1 = 2 y + 1 + 1
62 55 59 61 3eqtr4a y 2 y + 1 = 2 y + 1 + 1
63 62 oveq2d y 1 2 y + 1 = 1 2 y + 1 + 1
64 63 sumeq1d y n = 1 2 y + 1 cos n π = n = 1 2 y + 1 + 1 cos n π
65 64 adantr y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 cos n π = n = 1 2 y + 1 + 1 cos n π
66 1red y 1
67 2re 2
68 67 a1i y 2
69 nnre y y
70 68 69 remulcld y 2 y
71 70 66 readdcld y 2 y + 1
72 2rp 2 +
73 72 a1i y 2 +
74 nnrp y y +
75 73 74 rpmulcld y 2 y +
76 66 75 ltaddrp2d y 1 < 2 y + 1
77 66 71 76 ltled y 1 2 y + 1
78 2z 2
79 78 a1i y 2
80 nnz y y
81 79 80 zmulcld y 2 y
82 81 peano2zd y 2 y + 1
83 eluz 1 2 y + 1 2 y + 1 1 1 2 y + 1
84 21 82 83 sylancr y 2 y + 1 1 1 2 y + 1
85 77 84 mpbird y 2 y + 1 1
86 elfzelz n 1 2 y + 1 + 1 n
87 86 zcnd n 1 2 y + 1 + 1 n
88 28 a1i n 1 2 y + 1 + 1 π
89 87 88 mulcld n 1 2 y + 1 + 1 n π
90 89 coscld n 1 2 y + 1 + 1 cos n π
91 90 adantl y n 1 2 y + 1 + 1 cos n π
92 fvoveq1 n = 2 y + 1 + 1 cos n π = cos 2 y + 1 + 1 π
93 85 91 92 fsump1 y n = 1 2 y + 1 + 1 cos n π = n = 1 2 y + 1 cos n π + cos 2 y + 1 + 1 π
94 93 adantr y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 + 1 cos n π = n = 1 2 y + 1 cos n π + cos 2 y + 1 + 1 π
95 1lt2 1 < 2
96 95 a1i y 1 < 2
97 2t1e2 2 1 = 2
98 nnge1 y 1 y
99 66 69 73 lemul2d y 1 y 2 1 2 y
100 98 99 mpbid y 2 1 2 y
101 97 100 eqbrtrrid y 2 2 y
102 66 68 70 96 101 ltletrd y 1 < 2 y
103 66 70 102 ltled y 1 2 y
104 eluz 1 2 y 2 y 1 1 2 y
105 21 81 104 sylancr y 2 y 1 1 2 y
106 103 105 mpbird y 2 y 1
107 elfzelz n 1 2 y + 1 n
108 107 zcnd n 1 2 y + 1 n
109 28 a1i n 1 2 y + 1 π
110 108 109 mulcld n 1 2 y + 1 n π
111 110 coscld n 1 2 y + 1 cos n π
112 111 adantl y n 1 2 y + 1 cos n π
113 fvoveq1 n = 2 y + 1 cos n π = cos 2 y + 1 π
114 106 112 113 fsump1 y n = 1 2 y + 1 cos n π = n = 1 2 y cos n π + cos 2 y + 1 π
115 33 97 eqtr4i 1 + 1 = 2 1
116 115 a1i y 1 + 1 = 2 1
117 116 oveq2d y 2 y + 1 + 1 = 2 y + 2 1
118 117 61 59 3eqtr4d y 2 y + 1 + 1 = 2 y + 1
119 118 fvoveq1d y cos 2 y + 1 + 1 π = cos 2 y + 1 π
120 57 58 addcld y y + 1
121 28 a1i y π
122 56 120 121 mulassd y 2 y + 1 π = 2 y + 1 π
123 122 oveq1d y 2 y + 1 π 2 π = 2 y + 1 π 2 π
124 120 121 mulcld y y + 1 π
125 0re 0
126 pipos 0 < π
127 125 126 gtneii π 0
128 127 a1i y π 0
129 73 rpne0d y 2 0
130 124 121 56 128 129 divcan5d y 2 y + 1 π 2 π = y + 1 π π
131 120 121 128 divcan4d y y + 1 π π = y + 1
132 123 130 131 3eqtrd y 2 y + 1 π 2 π = y + 1
133 80 peano2zd y y + 1
134 132 133 eqeltrd y 2 y + 1 π 2 π
135 peano2cn y y + 1
136 57 135 syl y y + 1
137 56 136 mulcld y 2 y + 1
138 137 121 mulcld y 2 y + 1 π
139 coseq1 2 y + 1 π cos 2 y + 1 π = 1 2 y + 1 π 2 π
140 138 139 syl y cos 2 y + 1 π = 1 2 y + 1 π 2 π
141 134 140 mpbird y cos 2 y + 1 π = 1
142 119 141 eqtrd y cos 2 y + 1 + 1 π = 1
143 114 142 oveq12d y n = 1 2 y + 1 cos n π + cos 2 y + 1 + 1 π = n = 1 2 y cos n π + cos 2 y + 1 π + 1
144 143 adantr y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 cos n π + cos 2 y + 1 + 1 π = n = 1 2 y cos n π + cos 2 y + 1 π + 1
145 simpr y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y cos n π = 0
146 60 58 121 adddird y 2 y + 1 π = 2 y π + 1 π
147 60 121 mulcld y 2 y π
148 41 121 eqeltrid y 1 π
149 147 148 addcomd y 2 y π + 1 π = 1 π + 2 y π
150 41 a1i y 1 π = π
151 56 57 mulcomd y 2 y = y 2
152 151 oveq1d y 2 y π = y 2 π
153 57 56 121 mulassd y y 2 π = y 2 π
154 152 153 eqtrd y 2 y π = y 2 π
155 150 154 oveq12d y 1 π + 2 y π = π + y 2 π
156 146 149 155 3eqtrd y 2 y + 1 π = π + y 2 π
157 156 fveq2d y cos 2 y + 1 π = cos π + y 2 π
158 cosper π y cos π + y 2 π = cos π
159 28 80 158 sylancr y cos π + y 2 π = cos π
160 46 a1i y cos π = 1
161 157 159 160 3eqtrd y cos 2 y + 1 π = 1
162 161 adantr y n = 1 2 y cos n π = 0 cos 2 y + 1 π = 1
163 145 162 oveq12d y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y cos n π + cos 2 y + 1 π = 0 + -1
164 163 oveq1d y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y cos n π + cos 2 y + 1 π + 1 = 0 + -1 + 1
165 50 addid2i 0 + -1 = 1
166 165 oveq1i 0 + -1 + 1 = - 1 + 1
167 166 52 eqtri 0 + -1 + 1 = 0
168 164 167 eqtrdi y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y cos n π + cos 2 y + 1 π + 1 = 0
169 144 168 eqtrd y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 cos n π + cos 2 y + 1 + 1 π = 0
170 65 94 169 3eqtrd y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 cos n π = 0
171 170 ex y n = 1 2 y cos n π = 0 n = 1 2 y + 1 cos n π = 0
172 4 8 12 16 54 171 nnind K n = 1 2 K cos n π = 0