Metamath Proof Explorer


Theorem itgsinexplem1

Description: Integration by parts is applied to integrate sin^(N+1). (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017)

Ref Expression
Hypotheses itgsinexplem1.1 F=xsinxN
itgsinexplem1.2 G=xcosx
itgsinexplem1.3 H=xNsinxN1cosx
itgsinexplem1.4 I=xsinxNsinx
itgsinexplem1.5 L=xNsinxN1cosxcosx
itgsinexplem1.6 M=xcosx2sinxN1
itgsinexplem1.7 φN
Assertion itgsinexplem1 φ0πsinxNsinxdx=N0πcosx2sinxN1dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgsinexplem1.1 F=xsinxN
2 itgsinexplem1.2 G=xcosx
3 itgsinexplem1.3 H=xNsinxN1cosx
4 itgsinexplem1.4 I=xsinxNsinx
5 itgsinexplem1.5 L=xNsinxN1cosxcosx
6 itgsinexplem1.6 M=xcosx2sinxN1
7 itgsinexplem1.7 φN
8 0m0e0 00=0
9 8 oveq1i 0-0-0πNsinxN1cosxcosxdx=00πNsinxN1cosxcosxdx
10 0re 0
11 10 a1i φ0
12 pire π
13 12 a1i φπ
14 pipos 0<π
15 10 12 14 ltleii 0π
16 15 a1i φ0π
17 10 12 pm3.2i 0π
18 iccssre 0π0π
19 17 18 ax-mp 0π
20 ax-resscn
21 19 20 sstri 0π
22 21 sseli x0πx
23 22 adantl φx0πx
24 22 sincld x0πsinx
25 24 adantl φx0πsinx
26 7 nnnn0d φN0
27 26 adantr φx0πN0
28 25 27 expcld φx0πsinxN
29 1 fvmpt2 xsinxNFx=sinxN
30 23 28 29 syl2anc φx0πFx=sinxN
31 30 eqcomd φx0πsinxN=Fx
32 31 mpteq2dva φx0πsinxN=x0πFx
33 nfmpt1 _xxsinxN
34 1 33 nfcxfr _xF
35 nfcv _xsin
36 sincn sin:cn
37 36 a1i φsin:cn
38 35 37 26 expcnfg φxsinxN:cn
39 1 38 eqeltrid φF:cn
40 21 a1i φ0π
41 34 39 40 cncfmptss φx0πFx:0πcn
42 32 41 eqeltrd φx0πsinxN:0πcn
43 22 coscld x0πcosx
44 43 negcld x0πcosx
45 2 fvmpt2 xcosxGx=cosx
46 22 44 45 syl2anc x0πGx=cosx
47 46 eqcomd x0πcosx=Gx
48 47 adantl φx0πcosx=Gx
49 48 mpteq2dva φx0πcosx=x0πGx
50 nfmpt1 _xxcosx
51 2 50 nfcxfr _xG
52 coscn cos:cn
53 52 a1i φcos:cn
54 2 negfcncf cos:cnG:cn
55 53 54 syl φG:cn
56 51 55 40 cncfmptss φx0πGx:0πcn
57 49 56 eqeltrd φx0πcosx:0πcn
58 ssidd φ
59 7 nncnd φN
60 58 59 58 constcncfg φxN:cn
61 nnm1nn0 NN10
62 7 61 syl φN10
63 35 37 62 expcnfg φxsinxN1:cn
64 60 63 mulcncf φxNsinxN1:cn
65 cosf cos:
66 65 a1i φcos:
67 66 feqmptd φcos=xcosx
68 67 52 eqeltrrdi φxcosx:cn
69 64 68 mulcncf φxNsinxN1cosx:cn
70 3 69 eqeltrid φH:cn
71 ioosscn 0π
72 71 a1i φ0π
73 59 adantr φx0πN
74 71 sseli x0πx
75 74 sincld x0πsinx
76 75 adantl φx0πsinx
77 62 adantr φx0πN10
78 76 77 expcld φx0πsinxN1
79 73 78 mulcld φx0πNsinxN1
80 74 coscld x0πcosx
81 80 adantl φx0πcosx
82 79 81 mulcld φx0πNsinxN1cosx
83 3 70 72 58 82 cncfmptssg φx0πNsinxN1cosx:0πcn
84 35 37 72 cncfmptss φx0πsinx:0πcn
85 ioossicc 0π0π
86 85 a1i φ0π0π
87 ioombl 0πdomvol
88 87 a1i φ0πdomvol
89 28 25 mulcld φx0πsinxNsinx
90 4 fvmpt2 xsinxNsinxIx=sinxNsinx
91 23 89 90 syl2anc φx0πIx=sinxNsinx
92 91 eqcomd φx0πsinxNsinx=Ix
93 92 mpteq2dva φx0πsinxNsinx=x0πIx
94 nfmpt1 _xxsinxNsinx
95 4 94 nfcxfr _xI
96 sinf sin:
97 96 a1i φsin:
98 97 feqmptd φsin=xsinx
99 98 36 eqeltrrdi φxsinx:cn
100 38 99 mulcncf φxsinxNsinx:cn
101 4 100 eqeltrid φI:cn
102 95 101 40 cncfmptss φx0πIx:0πcn
103 93 102 eqeltrd φx0πsinxNsinx:0πcn
104 cniccibl 0πx0πsinxNsinx:0πcnx0πsinxNsinx𝐿1
105 11 13 103 104 syl3anc φx0πsinxNsinx𝐿1
106 86 88 89 105 iblss φx0πsinxNsinx𝐿1
107 59 adantr φx0πN
108 62 adantr φx0πN10
109 25 108 expcld φx0πsinxN1
110 107 109 mulcld φx0πNsinxN1
111 43 adantl φx0πcosx
112 110 111 mulcld φx0πNsinxN1cosx
113 44 adantl φx0πcosx
114 112 113 mulcld φx0πNsinxN1cosxcosx
115 eqid xcosx=xcosx
116 115 negfcncf cos:cnxcosx:cn
117 53 116 syl φxcosx:cn
118 69 117 mulcncf φxNsinxN1cosxcosx:cn
119 5 118 eqeltrid φL:cn
120 5 119 40 58 114 cncfmptssg φx0πNsinxN1cosxcosx:0πcn
121 cniccibl 0πx0πNsinxN1cosxcosx:0πcnx0πNsinxN1cosxcosx𝐿1
122 11 13 120 121 syl3anc φx0πNsinxN1cosxcosx𝐿1
123 86 88 114 122 iblss φx0πNsinxN1cosxcosx𝐿1
124 reelprrecn
125 124 a1i φ
126 recn xx
127 126 sincld xsinx
128 127 adantl φxsinx
129 26 adantr φxN0
130 128 129 expcld φxsinxN
131 59 adantr φxN
132 62 adantr φxN10
133 128 132 expcld φxsinxN1
134 131 133 mulcld φxNsinxN1
135 126 coscld xcosx
136 135 adantl φxcosx
137 134 136 mulcld φxNsinxN1cosx
138 sincl xsinx
139 138 adantl φxsinx
140 26 adantr φxN0
141 139 140 expcld φxsinxN
142 141 1 fmptd φF:
143 126 adantl φxx
144 elex NsinxN1cosxNsinxN1cosxV
145 137 144 syl φxNsinxN1cosxV
146 rabid xx|NsinxN1cosxVxNsinxN1cosxV
147 143 145 146 sylanbrc φxxx|NsinxN1cosxV
148 3 dmmpt domH=x|NsinxN1cosxV
149 147 148 eleqtrrdi φxxdomH
150 149 ex φxxdomH
151 150 alrimiv φxxxdomH
152 nfcv _x
153 nfmpt1 _xxNsinxN1cosx
154 3 153 nfcxfr _xH
155 154 nfdm _xdomH
156 152 155 dfss2f domHxxxdomH
157 151 156 sylibr φdomH
158 7 dvsinexp φdxsinxNdx=xNsinxN1cosx
159 1 oveq2i DF=dxsinxNdx
160 158 159 3 3eqtr4g φDF=H
161 160 dmeqd φdomF=domH
162 157 161 sseqtrrd φdomF
163 dvres3 F:domFDF=F
164 125 142 58 162 163 syl22anc φDF=F
165 1 reseq1i F=xsinxN
166 resmpt xsinxN=xsinxN
167 20 166 ax-mp xsinxN=xsinxN
168 165 167 eqtri F=xsinxN
169 168 oveq2i DF=dxsinxNdx
170 169 a1i φDF=dxsinxNdx
171 160 reseq1d φF=H
172 3 reseq1i H=xNsinxN1cosx
173 resmpt xNsinxN1cosx=xNsinxN1cosx
174 20 173 ax-mp xNsinxN1cosx=xNsinxN1cosx
175 172 174 eqtri H=xNsinxN1cosx
176 171 175 eqtrdi φF=xNsinxN1cosx
177 164 170 176 3eqtr3d φdxsinxNdx=xNsinxN1cosx
178 19 a1i φ0π
179 eqid TopOpenfld=TopOpenfld
180 179 tgioo2 topGenran.=TopOpenfld𝑡
181 17 a1i φ0π
182 iccntr 0πinttopGenran.0π=0π
183 181 182 syl φinttopGenran.0π=0π
184 125 130 137 177 178 180 179 183 dvmptres2 φdx0πsinxNdx=x0πNsinxN1cosx
185 135 negcld xcosx
186 185 adantl φxcosx
187 127 negcld xsinx
188 187 adantl φxsinx
189 dvcosre dxcosxdx=xsinx
190 189 a1i φdxcosxdx=xsinx
191 125 136 188 190 dvmptneg φdxcosxdx=xsinx
192 127 negnegd xsinx=sinx
193 192 adantl φxsinx=sinx
194 193 mpteq2dva φxsinx=xsinx
195 191 194 eqtrd φdxcosxdx=xsinx
196 125 186 128 195 178 180 179 183 dvmptres2 φdx0πcosxdx=x0πsinx
197 fveq2 x=0sinx=sin0
198 sin0 sin0=0
199 197 198 eqtrdi x=0sinx=0
200 199 oveq1d x=0sinxN=0N
201 200 adantl φx=0sinxN=0N
202 7 adantr φx=0N
203 202 0expd φx=00N=0
204 201 203 eqtrd φx=0sinxN=0
205 204 oveq1d φx=0sinxNcosx=0cosx
206 id x=0x=0
207 0cn 0
208 206 207 eqeltrdi x=0x
209 coscl xcosx
210 209 negcld xcosx
211 208 210 syl x=0cosx
212 211 adantl φx=0cosx
213 212 mul02d φx=00cosx=0
214 205 213 eqtrd φx=0sinxNcosx=0
215 fveq2 x=πsinx=sinπ
216 sinpi sinπ=0
217 215 216 eqtrdi x=πsinx=0
218 217 oveq1d x=πsinxN=0N
219 218 adantl φx=πsinxN=0N
220 7 adantr φx=πN
221 220 0expd φx=π0N=0
222 219 221 eqtrd φx=πsinxN=0
223 222 oveq1d φx=πsinxNcosx=0cosx
224 id x=πx=π
225 picn π
226 224 225 eqeltrdi x=πx
227 226 coscld x=πcosx
228 227 negcld x=πcosx
229 228 adantl φx=πcosx
230 229 mul02d φx=π0cosx=0
231 223 230 eqtrd φx=πsinxNcosx=0
232 11 13 16 42 57 83 84 106 123 184 196 214 231 itgparts φ0πsinxNsinxdx=0-0-0πNsinxN1cosxcosxdx
233 df-neg 0πNsinxN1cosxcosxdx=00πNsinxN1cosxcosxdx
234 233 a1i φ0πNsinxN1cosxcosxdx=00πNsinxN1cosxcosxdx
235 9 232 234 3eqtr4a φ0πsinxNsinxdx=0πNsinxN1cosxcosxdx
236 79 81 81 mulassd φx0πNsinxN1cosxcosx=NsinxN1cosxcosx
237 sqval cosxcosx2=cosxcosx
238 237 eqcomd cosxcosxcosx=cosx2
239 80 238 syl x0πcosxcosx=cosx2
240 239 adantl φx0πcosxcosx=cosx2
241 240 oveq2d φx0πNsinxN1cosxcosx=NsinxN1cosx2
242 80 sqcld x0πcosx2
243 242 adantl φx0πcosx2
244 73 78 243 mulassd φx0πNsinxN1cosx2=NsinxN1cosx2
245 241 244 eqtrd φx0πNsinxN1cosxcosx=NsinxN1cosx2
246 78 243 mulcomd φx0πsinxN1cosx2=cosx2sinxN1
247 246 oveq2d φx0πNsinxN1cosx2=Ncosx2sinxN1
248 236 245 247 3eqtrd φx0πNsinxN1cosxcosx=Ncosx2sinxN1
249 248 negeqd φx0πNsinxN1cosxcosx=Ncosx2sinxN1
250 82 81 mulneg2d φx0πNsinxN1cosxcosx=NsinxN1cosxcosx
251 243 78 mulcld φx0πcosx2sinxN1
252 73 251 mulneg1d φx0π- Ncosx2sinxN1=Ncosx2sinxN1
253 249 250 252 3eqtr4d φx0πNsinxN1cosxcosx=- Ncosx2sinxN1
254 253 itgeq2dv φ0πNsinxN1cosxcosxdx=0π- Ncosx2sinxN1dx
255 59 negcld φN
256 43 sqcld x0πcosx2
257 256 adantl φx0πcosx2
258 257 109 mulcld φx0πcosx2sinxN1
259 6 fvmpt2 xcosx2sinxN1Mx=cosx2sinxN1
260 23 258 259 syl2anc φx0πMx=cosx2sinxN1
261 260 eqcomd φx0πcosx2sinxN1=Mx
262 261 mpteq2dva φx0πcosx2sinxN1=x0πMx
263 nfmpt1 _xxcosx2sinxN1
264 6 263 nfcxfr _xM
265 nfcv _xcos
266 2nn0 20
267 266 a1i φ20
268 265 53 267 expcnfg φxcosx2:cn
269 268 63 mulcncf φxcosx2sinxN1:cn
270 6 269 eqeltrid φM:cn
271 264 270 40 cncfmptss φx0πMx:0πcn
272 262 271 eqeltrd φx0πcosx2sinxN1:0πcn
273 cniccibl 0πx0πcosx2sinxN1:0πcnx0πcosx2sinxN1𝐿1
274 11 13 272 273 syl3anc φx0πcosx2sinxN1𝐿1
275 86 88 258 274 iblss φx0πcosx2sinxN1𝐿1
276 255 251 275 itgmulc2 φ- N0πcosx2sinxN1dx=0π- Ncosx2sinxN1dx
277 254 276 eqtr4d φ0πNsinxN1cosxcosxdx=- N0πcosx2sinxN1dx
278 277 negeqd φ0πNsinxN1cosxcosxdx=- N0πcosx2sinxN1dx
279 235 278 eqtrd φ0πsinxNsinxdx=- N0πcosx2sinxN1dx
280 251 275 itgcl φ0πcosx2sinxN1dx
281 59 280 mulneg1d φ- N0πcosx2sinxN1dx=N0πcosx2sinxN1dx
282 281 negeqd φ- N0πcosx2sinxN1dx=N0πcosx2sinxN1dx
283 59 280 mulcld φN0πcosx2sinxN1dx
284 283 negnegd φN0πcosx2sinxN1dx=N0πcosx2sinxN1dx
285 279 282 284 3eqtrd φ0πsinxNsinxdx=N0πcosx2sinxN1dx