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Theorem dvcot

Description: Derivative of the cotangent function. (Contributed by Jon Pennant, 28-Aug-2026)

Ref Expression
Assertion dvcot ⊢ ℂ D cot = x ∈ dom ⁡ cot ⟼ − csc ⁡ x 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 df-cot ⊢ cot = x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ cos ⁡ x sin ⁡ x
2 1 oveq2i ⊢ ℂ D cot = dx ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 cos ⁡ x sin ⁡ x d ℂ x
3 cnelprrecn ⊢ ℂ ∈ ℝ ℂ
4 3 a1i ⊢ ⊤ → ℂ ∈ ℝ ℂ
5 elrabi ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → x ∈ ℂ
6 coscl ⊢ x ∈ ℂ → cos ⁡ x ∈ ℂ
7 5 6 syl ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → cos ⁡ x ∈ ℂ
8 7 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → cos ⁡ x ∈ ℂ
9 sincl ⊢ x ∈ ℂ → sin ⁡ x ∈ ℂ
10 5 9 syl ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x ∈ ℂ
11 10 negcld ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ∈ ℂ
12 11 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ∈ ℂ
13 6 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ ℂ → cos ⁡ x ∈ ℂ
14 9 negcld ⊢ x ∈ ℂ → − sin ⁡ x ∈ ℂ
15 14 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ ℂ → − sin ⁡ x ∈ ℂ
16 cosf ⊢ cos : ℂ ⟶ ℂ
17 16 a1i ⊢ ⊤ → cos : ℂ ⟶ ℂ
18 17 feqmptd ⊢ ⊤ → cos = x ∈ ℂ ⟼ cos ⁡ x
19 18 mptru ⊢ cos = x ∈ ℂ ⟼ cos ⁡ x
20 19 oveq2i ⊢ ℂ D cos = dx ∈ ℂ cos ⁡ x d ℂ x
21 dvcos ⊢ ℂ D cos = x ∈ ℂ ⟼ − sin ⁡ x
22 20 21 eqtr3i ⊢ dx ∈ ℂ cos ⁡ x d ℂ x = x ∈ ℂ ⟼ − sin ⁡ x
23 22 a1i ⊢ ⊤ → dx ∈ ℂ cos ⁡ x d ℂ x = x ∈ ℂ ⟼ − sin ⁡ x
24 ssrab2 ⊢ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⊆ ℂ
25 24 a1i ⊢ ⊤ → y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⊆ ℂ
26 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld
27 26 cnfldtopon ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld ∈ TopOn ⁡ ℂ
28 27 toponrestid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℂ
29 sincn ⊢ sin : ℂ ⟶cn ℂ
30 ssid ⊢ ℂ ⊆ ℂ
31 26 28 28 cncfcn ⊢ ℂ ⊆ ℂ ∧ ℂ ⊆ ℂ → ℂ ⟶cn ℂ = TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
32 30 30 31 mp2an ⊢ ℂ ⟶cn ℂ = TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
33 29 32 eleqtri ⊢ sin ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
34 cnn0opn ⊢ ℂ ∖ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld
35 cnima ⊢ sin ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ∧ ℂ ∖ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld → sin -1 ℂ ∖ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld
36 33 34 35 mp2an ⊢ sin -1 ℂ ∖ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld
37 sincl ⊢ y ∈ ℂ → sin ⁡ y ∈ ℂ
38 eldifsn ⊢ sin ⁡ y ∈ ℂ ∖ 0 ↔ sin ⁡ y ∈ ℂ ∧ sin ⁡ y ≠ 0
39 38 baib ⊢ sin ⁡ y ∈ ℂ → sin ⁡ y ∈ ℂ ∖ 0 ↔ sin ⁡ y ≠ 0
40 37 39 syl ⊢ y ∈ ℂ → sin ⁡ y ∈ ℂ ∖ 0 ↔ sin ⁡ y ≠ 0
41 40 bicomd ⊢ y ∈ ℂ → sin ⁡ y ≠ 0 ↔ sin ⁡ y ∈ ℂ ∖ 0
42 41 rabbiia ⊢ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 = y ∈ ℂ | sin ⁡ y ∈ ℂ ∖ 0
43 sinf ⊢ sin : ℂ ⟶ ℂ
44 43 a1i ⊢ ⊤ → sin : ℂ ⟶ ℂ
45 44 feqmptd ⊢ ⊤ → sin = y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ y
46 45 mptru ⊢ sin = y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ y
47 46 mptpreima ⊢ sin -1 ℂ ∖ 0 = y ∈ ℂ | sin ⁡ y ∈ ℂ ∖ 0
48 42 47 eqtr4i ⊢ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 = sin -1 ℂ ∖ 0
49 48 eleq1i ⊢ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld ↔ sin -1 ℂ ∖ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld
50 36 49 mpbir ⊢ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld
51 50 a1i ⊢ ⊤ → y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld
52 4 13 15 23 25 28 26 51 dvmptres ⊢ ⊤ → dx ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 cos ⁡ x d ℂ x = x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − sin ⁡ x
53 fveq2 ⊢ y = x → sin ⁡ y = sin ⁡ x
54 53 neeq1d ⊢ y = x → sin ⁡ y ≠ 0 ↔ sin ⁡ x ≠ 0
55 54 elrab ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ↔ x ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x ≠ 0
56 55 simprbi ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x ≠ 0
57 10 56 jca ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x ≠ 0
58 eldifsn ⊢ sin ⁡ x ∈ ℂ ∖ 0 ↔ sin ⁡ x ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x ≠ 0
59 57 58 sylibr ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x ∈ ℂ ∖ 0
60 59 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x ∈ ℂ ∖ 0
61 9 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ ℂ → sin ⁡ x ∈ ℂ
62 44 feqmptd ⊢ ⊤ → sin = x ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ x
63 62 mptru ⊢ sin = x ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ x
64 63 oveq2i ⊢ ℂ D sin = dx ∈ ℂ sin ⁡ x d ℂ x
65 dvsin ⊢ ℂ D sin = cos
66 64 65 eqtr3i ⊢ dx ∈ ℂ sin ⁡ x d ℂ x = cos
67 66 19 eqtri ⊢ dx ∈ ℂ sin ⁡ x d ℂ x = x ∈ ℂ ⟼ cos ⁡ x
68 67 a1i ⊢ ⊤ → dx ∈ ℂ sin ⁡ x d ℂ x = x ∈ ℂ ⟼ cos ⁡ x
69 4 61 13 68 25 28 26 51 dvmptres ⊢ ⊤ → dx ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 sin ⁡ x d ℂ x = x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ cos ⁡ x
70 4 8 12 52 60 8 69 dvmptdiv ⊢ ⊤ → dx ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 cos ⁡ x sin ⁡ x d ℂ x = x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2
71 70 mptru ⊢ dx ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 cos ⁡ x sin ⁡ x d ℂ x = x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2
72 10 10 mulneg1d ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x = − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x
73 sqval ⊢ sin ⁡ x ∈ ℂ → sin ⁡ x 2 = sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x
74 10 73 syl ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x 2 = sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x
75 74 eqcomd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x = sin ⁡ x 2
76 75 negeqd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x = − sin ⁡ x 2
77 72 76 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x = − sin ⁡ x 2
78 sqval ⊢ cos ⁡ x ∈ ℂ → cos ⁡ x 2 = cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x
79 7 78 syl ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → cos ⁡ x 2 = cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x
80 79 eqcomd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x = cos ⁡ x 2
81 77 80 oveq12d ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x = - sin ⁡ x 2 - cos ⁡ x 2
82 10 sqcld ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x 2 ∈ ℂ
83 7 sqcld ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → cos ⁡ x 2 ∈ ℂ
84 negdi2 ⊢ sin ⁡ x 2 ∈ ℂ ∧ cos ⁡ x 2 ∈ ℂ → − sin ⁡ x 2 + cos ⁡ x 2 = - sin ⁡ x 2 - cos ⁡ x 2
85 82 83 84 syl2anc ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x 2 + cos ⁡ x 2 = - sin ⁡ x 2 - cos ⁡ x 2
86 85 eqcomd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → - sin ⁡ x 2 - cos ⁡ x 2 = − sin ⁡ x 2 + cos ⁡ x 2
87 sincossq ⊢ x ∈ ℂ → sin ⁡ x 2 + cos ⁡ x 2 = 1
88 5 87 syl ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x 2 + cos ⁡ x 2 = 1
89 88 negeqd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x 2 + cos ⁡ x 2 = − 1
90 86 89 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → - sin ⁡ x 2 - cos ⁡ x 2 = − 1
91 81 90 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x = − 1
92 91 oveq1d ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2 = − 1 sin ⁡ x 2
93 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
94 93 a1i ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → 1 ∈ ℂ
95 sqne0 ⊢ sin ⁡ x ∈ ℂ → sin ⁡ x 2 ≠ 0 ↔ sin ⁡ x ≠ 0
96 10 95 syl ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x 2 ≠ 0 ↔ sin ⁡ x ≠ 0
97 56 96 mpbird ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → sin ⁡ x 2 ≠ 0
98 divneg ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x 2 ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x 2 ≠ 0 → − 1 sin ⁡ x 2 = − 1 sin ⁡ x 2
99 94 82 97 98 syl3anc ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − 1 sin ⁡ x 2 = − 1 sin ⁡ x 2
100 99 eqcomd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − 1 sin ⁡ x 2 = − 1 sin ⁡ x 2
101 92 100 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2 = − 1 sin ⁡ x 2
102 cscval ⊢ x ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x ≠ 0 → csc ⁡ x = 1 sin ⁡ x
103 55 102 sylbi ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → csc ⁡ x = 1 sin ⁡ x
104 103 oveq1d ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → csc ⁡ x 2 = 1 sin ⁡ x 2
105 sqdiv ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x ∈ ℂ ∧ sin ⁡ x ≠ 0 → 1 sin ⁡ x 2 = 1 2 sin ⁡ x 2
106 94 10 56 105 syl3anc ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → 1 sin ⁡ x 2 = 1 2 sin ⁡ x 2
107 sq1 ⊢ 1 2 = 1
108 107 a1i ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → 1 2 = 1
109 108 oveq1d ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → 1 2 sin ⁡ x 2 = 1 sin ⁡ x 2
110 106 109 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → 1 sin ⁡ x 2 = 1 sin ⁡ x 2
111 104 110 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → csc ⁡ x 2 = 1 sin ⁡ x 2
112 111 eqcomd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → 1 sin ⁡ x 2 = csc ⁡ x 2
113 112 negeqd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − 1 sin ⁡ x 2 = − csc ⁡ x 2
114 101 113 eqtrd ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2 = − csc ⁡ x 2
115 114 mpteq2ia ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2 = x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − csc ⁡ x 2
116 7 10 56 divcld ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 → cos ⁡ x sin ⁡ x ∈ ℂ
117 1 116 fmpti ⊢ cot : y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟶ ℂ
118 117 fdmi ⊢ dom ⁡ cot = y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0
119 118 eqcomi ⊢ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 = dom ⁡ cot
120 119 mpteq1i ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − csc ⁡ x 2 = x ∈ dom ⁡ cot ⟼ − csc ⁡ x 2
121 115 120 eqtri ⊢ x ∈ y ∈ ℂ | sin ⁡ y ≠ 0 ⟼ − sin ⁡ x ⁢ sin ⁡ x − cos ⁡ x ⁢ cos ⁡ x sin ⁡ x 2 = x ∈ dom ⁡ cot ⟼ − csc ⁡ x 2
122 2 71 121 3eqtri ⊢ ℂ D cot = x ∈ dom ⁡ cot ⟼ − csc ⁡ x 2