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Theorem dirkertrigeqlem2

Description: Trigonomic equality lemma for the Dirichlet Kernel trigonomic equality. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses dirkertrigeqlem2.a φA
dirkertrigeqlem2.sinne0 φsinA0
dirkertrigeqlem2.n φN
Assertion dirkertrigeqlem2 φ12+n=1NcosnAπ=sinN+12A2πsinA2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dirkertrigeqlem2.a φA
2 dirkertrigeqlem2.sinne0 φsinA0
3 dirkertrigeqlem2.n φN
4 1cnd φ1
5 4 halfcld φ12
6 fzfid φ1NFin
7 elfzelz n1Nn
8 7 zcnd n1Nn
9 8 adantl φn1Nn
10 1 recnd φA
11 10 adantr φn1NA
12 9 11 mulcld φn1NnA
13 12 coscld φn1NcosnA
14 6 13 fsumcl φn=1NcosnA
15 5 14 addcld φ12+n=1NcosnA
16 10 sincld φsinA
17 15 16 2 divcan4d φ12+n=1NcosnAsinAsinA=12+n=1NcosnA
18 17 eqcomd φ12+n=1NcosnA=12+n=1NcosnAsinAsinA
19 6 16 13 fsummulc1 φn=1NcosnAsinA=n=1NcosnAsinA
20 16 adantr φn1NsinA
21 13 20 mulcomd φn1NcosnAsinA=sinAcosnA
22 sinmulcos AnAsinAcosnA=sinA+nA+sinAnA2
23 11 12 22 syl2anc φn1NsinAcosnA=sinA+nA+sinAnA2
24 1cnd φn1N1
25 9 24 11 adddird φn1Nn+1A=nA+1A
26 24 11 mulcld φn1N1A
27 12 26 addcomd φn1NnA+1A=1A+nA
28 10 mullidd φ1A=A
29 28 oveq1d φ1A+nA=A+nA
30 29 adantr φn1N1A+nA=A+nA
31 25 27 30 3eqtrrd φn1NA+nA=n+1A
32 31 fveq2d φn1NsinA+nA=sinn+1A
33 12 11 negsubdi2d φn1NnAA=AnA
34 33 eqcomd φn1NAnA=nAA
35 34 fveq2d φn1NsinAnA=sinnAA
36 12 11 subcld φn1NnAA
37 sinneg nAAsinnAA=sinnAA
38 36 37 syl φn1NsinnAA=sinnAA
39 35 38 eqtrd φn1NsinAnA=sinnAA
40 32 39 oveq12d φn1NsinA+nA+sinAnA=sinn+1A+sinnAA
41 11 12 addcld φn1NA+nA
42 41 sincld φn1NsinA+nA
43 32 42 eqeltrrd φn1Nsinn+1A
44 36 sincld φn1NsinnAA
45 43 44 negsubd φn1Nsinn+1A+sinnAA=sinn+1AsinnAA
46 9 11 mulsubfacd φn1NnAA=n1A
47 46 fveq2d φn1NsinnAA=sinn1A
48 47 oveq2d φn1Nsinn+1AsinnAA=sinn+1Asinn1A
49 40 45 48 3eqtrd φn1NsinA+nA+sinAnA=sinn+1Asinn1A
50 49 oveq1d φn1NsinA+nA+sinAnA2=sinn+1Asinn1A2
51 21 23 50 3eqtrd φn1NcosnAsinA=sinn+1Asinn1A2
52 51 sumeq2dv φn=1NcosnAsinA=n=1Nsinn+1Asinn1A2
53 2cnd φ2
54 peano2cnm nn1
55 9 54 syl φn1Nn1
56 55 11 mulcld φn1Nn1A
57 56 sincld φn1Nsinn1A
58 43 57 subcld φn1Nsinn+1Asinn1A
59 2ne0 20
60 59 a1i φ20
61 6 53 58 60 fsumdivc φn=1Nsinn+1Asinn1A2=n=1Nsinn+1Asinn1A2
62 6 58 fsumcl φn=1Nsinn+1Asinn1A
63 62 53 60 divrec2d φn=1Nsinn+1Asinn1A2=12n=1Nsinn+1Asinn1A
64 61 63 eqtr3d φn=1Nsinn+1Asinn1A2=12n=1Nsinn+1Asinn1A
65 19 52 64 3eqtrd φn=1NcosnAsinA=12n=1Nsinn+1Asinn1A
66 65 oveq2d φ12sinA+n=1NcosnAsinA=12sinA+12n=1Nsinn+1Asinn1A
67 5 14 16 adddird φ12+n=1NcosnAsinA=12sinA+n=1NcosnAsinA
68 5 16 62 adddid φ12sinA+n=1Nsinn+1Asinn1A=12sinA+12n=1Nsinn+1Asinn1A
69 66 67 68 3eqtr4d φ12+n=1NcosnAsinA=12sinA+n=1Nsinn+1Asinn1A
70 69 oveq1d φ12+n=1NcosnAsinAsinA=12sinA+n=1Nsinn+1Asinn1AsinA
71 12 sincld φn1NsinnA
72 43 71 57 npncand φn1Nsinn+1AsinnA+sinnA-sinn1A=sinn+1Asinn1A
73 72 eqcomd φn1Nsinn+1Asinn1A=sinn+1AsinnA+sinnA-sinn1A
74 73 sumeq2dv φn=1Nsinn+1Asinn1A=n=1Nsinn+1AsinnA+sinnA-sinn1A
75 43 71 subcld φn1Nsinn+1AsinnA
76 71 57 subcld φn1NsinnAsinn1A
77 6 75 76 fsumadd φn=1Nsinn+1AsinnA+sinnA-sinn1A=n=1Nsinn+1AsinnA+n=1NsinnAsinn1A
78 fvoveq1 j=nsinjA=sinnA
79 fvoveq1 j=n+1sinjA=sinn+1A
80 fvoveq1 j=1sinjA=sin1A
81 fvoveq1 j=N+1sinjA=sinN+1A
82 3 nnzd φN
83 nnuz =1
84 3 83 eleqtrdi φN1
85 peano2uz N1N+11
86 84 85 syl φN+11
87 elfzelz j1N+1j
88 87 zcnd j1N+1j
89 88 adantl φj1N+1j
90 10 adantr φj1N+1A
91 89 90 mulcld φj1N+1jA
92 91 sincld φj1N+1sinjA
93 78 79 80 81 82 86 92 telfsum2 φn=1Nsinn+1AsinnA=sinN+1Asin1A
94 1cnd n1N1
95 8 94 pncand n1Nn+1-1=n
96 95 eqcomd n1Nn=n+1-1
97 96 adantl φn1Nn=n+1-1
98 97 fvoveq1d φn1NsinnA=sinn+1-1A
99 98 oveq1d φn1NsinnAsinn1A=sinn+1-1Asinn1A
100 99 sumeq2dv φn=1NsinnAsinn1A=n=1Nsinn+1-1Asinn1A
101 oveq1 j=nj1=n1
102 101 fvoveq1d j=nsinj1A=sinn1A
103 oveq1 j=n+1j1=n+1-1
104 103 fvoveq1d j=n+1sinj1A=sinn+1-1A
105 oveq1 j=1j1=11
106 105 fvoveq1d j=1sinj1A=sin11A
107 oveq1 j=N+1j1=N+1-1
108 107 fvoveq1d j=N+1sinj1A=sinN+1-1A
109 1cnd φj1N+11
110 89 109 subcld φj1N+1j1
111 110 90 mulcld φj1N+1j1A
112 111 sincld φj1N+1sinj1A
113 102 104 106 108 82 86 112 telfsum2 φn=1Nsinn+1-1Asinn1A=sinN+1-1Asin11A
114 3 nnred φN
115 114 recnd φN
116 115 4 pncand φN+1-1=N
117 116 fvoveq1d φsinN+1-1A=sinNA
118 4 subidd φ11=0
119 118 oveq1d φ11A=0A
120 10 mul02d φ0A=0
121 119 120 eqtrd φ11A=0
122 121 fveq2d φsin11A=sin0
123 sin0 sin0=0
124 123 a1i φsin0=0
125 122 124 eqtrd φsin11A=0
126 117 125 oveq12d φsinN+1-1Asin11A=sinNA0
127 100 113 126 3eqtrd φn=1NsinnAsinn1A=sinNA0
128 93 127 oveq12d φn=1Nsinn+1AsinnA+n=1NsinnAsinn1A=sinN+1Asin1A+sinNA-0
129 74 77 128 3eqtrd φn=1Nsinn+1Asinn1A=sinN+1Asin1A+sinNA-0
130 129 oveq2d φsinA+n=1Nsinn+1Asinn1A=sinA+sinN+1Asin1A+sinNA0
131 28 fveq2d φsin1A=sinA
132 131 oveq2d φsinN+1Asin1A=sinN+1AsinA
133 132 oveq1d φsinN+1Asin1A+sinNA-0=sinN+1AsinA+sinNA-0
134 133 oveq2d φsinA+sinN+1Asin1A+sinNA0=sinA+sinN+1AsinA+sinNA0
135 115 4 addcld φN+1
136 135 10 mulcld φN+1A
137 136 sincld φsinN+1A
138 137 16 subcld φsinN+1AsinA
139 115 10 mulcld φNA
140 139 sincld φsinNA
141 0cnd φ0
142 140 141 subcld φsinNA0
143 16 138 142 addassd φsinA+sinN+1AsinA+sinNA0=sinA+sinN+1AsinA+sinNA0
144 143 eqcomd φsinA+sinN+1AsinA+sinNA0=sinA+sinN+1AsinA+sinNA0
145 16 137 pncan3d φsinA+sinN+1A-sinA=sinN+1A
146 140 subid1d φsinNA0=sinNA
147 145 146 oveq12d φsinA+sinN+1AsinA+sinNA0=sinN+1A+sinNA
148 137 140 addcomd φsinN+1A+sinNA=sinNA+sinN+1A
149 147 148 eqtrd φsinA+sinN+1AsinA+sinNA0=sinNA+sinN+1A
150 134 144 149 3eqtrd φsinA+sinN+1Asin1A+sinNA0=sinNA+sinN+1A
151 130 150 eqtrd φsinA+n=1Nsinn+1Asinn1A=sinNA+sinN+1A
152 151 oveq2d φ12sinA+n=1Nsinn+1Asinn1A=12sinNA+sinN+1A
153 152 oveq1d φ12sinA+n=1Nsinn+1Asinn1AsinA=12sinNA+sinN+1AsinA
154 18 70 153 3eqtrd φ12+n=1NcosnA=12sinNA+sinN+1AsinA
155 halfre 12
156 155 a1i φ12
157 114 156 readdcld φN+12
158 157 1 remulcld φN+12A
159 158 recnd φN+12A
160 5 10 mulcld φ12A
161 sinmulcos N+12A12AsinN+12Acos12A=sinN+12A+12A+sinN+12A12A2
162 159 160 161 syl2anc φsinN+12Acos12A=sinN+12A+12A+sinN+12A12A2
163 115 5 10 adddird φN+12A=NA+12A
164 163 oveq1d φN+12A+12A=NA+12A+12A
165 139 160 160 addassd φNA+12A+12A=NA+12A+12A
166 5 5 10 adddird φ12+12A=12A+12A
167 4 2halvesd φ12+12=1
168 167 oveq1d φ12+12A=1A
169 166 168 eqtr3d φ12A+12A=1A
170 169 oveq2d φNA+12A+12A=NA+1A
171 115 4 10 adddird φN+1A=NA+1A
172 170 171 eqtr4d φNA+12A+12A=N+1A
173 164 165 172 3eqtrrd φN+1A=N+12A+12A
174 173 fveq2d φsinN+1A=sinN+12A+12A
175 163 oveq1d φN+12A12A=NA+12A-12A
176 139 160 pncand φNA+12A-12A=NA
177 175 176 eqtr2d φNA=N+12A12A
178 177 fveq2d φsinNA=sinN+12A12A
179 174 178 oveq12d φsinN+1A+sinNA=sinN+12A+12A+sinN+12A12A
180 179 oveq1d φsinN+1A+sinNA2=sinN+12A+12A+sinN+12A12A2
181 162 180 eqtr4d φsinN+12Acos12A=sinN+1A+sinNA2
182 148 oveq1d φsinN+1A+sinNA2=sinNA+sinN+1A2
183 140 137 addcld φsinNA+sinN+1A
184 183 53 60 divrec2d φsinNA+sinN+1A2=12sinNA+sinN+1A
185 181 182 184 3eqtrrd φ12sinNA+sinN+1A=sinN+12Acos12A
186 185 oveq1d φ12sinNA+sinN+1AsinA=sinN+12Acos12AsinA
187 10 53 60 divcan2d φ2A2=A
188 187 eqcomd φA=2A2
189 188 fveq2d φsinA=sin2A2
190 10 halfcld φA2
191 sin2t A2sin2A2=2sinA2cosA2
192 190 191 syl φsin2A2=2sinA2cosA2
193 189 192 eqtrd φsinA=2sinA2cosA2
194 193 oveq2d φsinN+12Acos12AsinA=sinN+12Acos12A2sinA2cosA2
195 190 sincld φsinA2
196 190 coscld φcosA2
197 53 195 196 mulassd φ2sinA2cosA2=2sinA2cosA2
198 10 53 60 divrec2d φA2=12A
199 198 fveq2d φcosA2=cos12A
200 199 oveq2d φ2sinA2cosA2=2sinA2cos12A
201 197 200 eqtr3d φ2sinA2cosA2=2sinA2cos12A
202 201 oveq2d φsinN+12Acos12A2sinA2cosA2=sinN+12Acos12A2sinA2cos12A
203 159 sincld φsinN+12A
204 53 195 mulcld φ2sinA2
205 160 coscld φcos12A
206 195 196 mulcld φsinA2cosA2
207 193 2 eqnetrrd φ2sinA2cosA20
208 53 206 207 mulne0bbd φsinA2cosA20
209 195 196 208 mulne0bad φsinA20
210 53 195 60 209 mulne0d φ2sinA20
211 195 196 208 mulne0bbd φcosA20
212 199 211 eqnetrrd φcos12A0
213 203 204 205 210 212 divcan5rd φsinN+12Acos12A2sinA2cos12A=sinN+12A2sinA2
214 194 202 213 3eqtrd φsinN+12Acos12AsinA=sinN+12A2sinA2
215 154 186 214 3eqtrd φ12+n=1NcosnA=sinN+12A2sinA2
216 215 oveq1d φ12+n=1NcosnAπ=sinN+12A2sinA2π
217 picn π
218 217 a1i φπ
219 pire π
220 pipos 0<π
221 219 220 gt0ne0ii π0
222 221 a1i φπ0
223 203 204 218 210 222 divdiv32d φsinN+12A2sinA2π=sinN+12Aπ2sinA2
224 203 218 204 222 210 divdiv1d φsinN+12Aπ2sinA2=sinN+12Aπ2sinA2
225 218 53 195 mulassd φπ2sinA2=π2sinA2
226 218 53 mulcomd φπ2=2π
227 226 oveq1d φπ2sinA2=2πsinA2
228 225 227 eqtr3d φπ2sinA2=2πsinA2
229 228 oveq2d φsinN+12Aπ2sinA2=sinN+12A2πsinA2
230 224 229 eqtrd φsinN+12Aπ2sinA2=sinN+12A2πsinA2
231 216 223 230 3eqtrd φ12+n=1NcosnAπ=sinN+12A2πsinA2