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Theorem sin3t

Description: Triple-angle formula for sine, in pure sine form. (Contributed by Ender Ting, 16-Mar-2026)

Ref Expression
Assertion sin3t ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 3 ⁢ A = 3 ⁢ sin ⁡ A − 4 ⁢ sin ⁡ A 3

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 df-3 ⊢ 3 = 2 + 1
2 1 oveq1i ⊢ 3 ⁢ A = 2 + 1 ⁢ A
3 2cnd ⊢ A ∈ ℂ → 2 ∈ ℂ
4 1cnd ⊢ A ∈ ℂ → 1 ∈ ℂ
5 id ⊢ A ∈ ℂ → A ∈ ℂ
6 3 4 5 adddird ⊢ A ∈ ℂ → 2 + 1 ⁢ A = 2 ⁢ A + 1 ⁢ A
7 2 6 eqtrid ⊢ A ∈ ℂ → 3 ⁢ A = 2 ⁢ A + 1 ⁢ A
8 7 fveq2d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 3 ⁢ A = sin ⁡ 2 ⁢ A + 1 ⁢ A
9 3 5 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ A ∈ ℂ
10 4 5 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 1 ⁢ A ∈ ℂ
11 sinadd ⊢ 2 ⁢ A ∈ ℂ ∧ 1 ⁢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A + 1 ⁢ A = sin ⁡ 2 ⁢ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A + cos ⁡ 2 ⁢ A ⁢ sin ⁡ 1 ⁢ A
12 9 10 11 syl2anc ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A + 1 ⁢ A = sin ⁡ 2 ⁢ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A + cos ⁡ 2 ⁢ A ⁢ sin ⁡ 1 ⁢ A
13 sin2t ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A
14 13 oveq1d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A
15 sincl ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ∈ ℂ
16 coscl ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ A ∈ ℂ
17 15 16 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ∈ ℂ
18 10 coscld ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ 1 ⁢ A ∈ ℂ
19 3 17 18 mulassd ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A
20 mullid ⊢ A ∈ ℂ → 1 ⁢ A = A
21 20 fveq2d ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ 1 ⁢ A = cos ⁡ A
22 21 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ A
23 15 16 16 mulassd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ A = sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ A
24 16 sqvald ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ A 2 = cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ A
25 15 sqcld ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A 2 ∈ ℂ
26 16 sqcld ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ A 2 ∈ ℂ
27 sincossq ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A 2 + cos ⁡ A 2 = 1
28 25 26 27 mvlladdd ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ A 2 = 1 − sin ⁡ A 2
29 24 28 eqtr3d ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ A = 1 − sin ⁡ A 2
30 29 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ A = sin ⁡ A ⁢ 1 − sin ⁡ A 2
31 22 23 30 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = sin ⁡ A ⁢ 1 − sin ⁡ A 2
32 31 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ 1 − sin ⁡ A 2
33 15 4 25 subdid ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ 1 − sin ⁡ A 2 = sin ⁡ A ⋅ 1 − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ A 2
34 15 mulridd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⋅ 1 = sin ⁡ A
35 1 a1i ⊢ A ∈ ℂ → 3 = 2 + 1
36 35 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A 3 = sin ⁡ A 2 + 1
37 2nn0 ⊢ 2 ∈ ℕ 0
38 37 a1i ⊢ A ∈ ℂ → 2 ∈ ℕ 0
39 15 38 expp1d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A 2 + 1 = sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
40 25 15 mulcomd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ A 2
41 36 39 40 3eqtrrd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ A 2 = sin ⁡ A 3
42 34 41 oveq12d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⋅ 1 − sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ A 2 = sin ⁡ A − sin ⁡ A 3
43 33 42 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ 1 − sin ⁡ A 2 = sin ⁡ A − sin ⁡ A 3
44 43 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ 1 − sin ⁡ A 2 = 2 ⁢ sin ⁡ A − sin ⁡ A 3
45 3nn0 ⊢ 3 ∈ ℕ 0
46 45 a1i ⊢ A ∈ ℂ → 3 ∈ ℕ 0
47 15 46 expcld ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ A 3 ∈ ℂ
48 3 15 47 subdid ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A − sin ⁡ A 3 = 2 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 3
49 32 44 48 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 3
50 14 19 49 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 3
51 cos2tsin ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ 2 ⁢ A = 1 − 2 ⁢ sin ⁡ A 2
52 20 fveq2d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 1 ⁢ A = sin ⁡ A
53 51 52 oveq12d ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ 2 ⁢ A ⁢ sin ⁡ 1 ⁢ A = 1 − 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
54 3 25 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ∈ ℂ
55 4 54 15 subdird ⊢ A ∈ ℂ → 1 − 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 1 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
56 53 55 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → cos ⁡ 2 ⁢ A ⁢ sin ⁡ 1 ⁢ A = 1 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
57 50 56 oveq12d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A + cos ⁡ 2 ⁢ A ⁢ sin ⁡ 1 ⁢ A = 2 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 1 ⁢ sin ⁡ A - 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
58 3 15 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
59 4 15 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 1 ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
60 3 47 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 3 ∈ ℂ
61 54 15 mulcld ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A ∈ ℂ
62 58 59 60 61 addsub4d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A + 1 ⁢ sin ⁡ A - 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 2 ⁢ sin ⁡ A − 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 1 ⁢ sin ⁡ A - 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
63 3 4 15 adddird ⊢ A ∈ ℂ → 2 + 1 ⁢ sin ⁡ A = 2 ⁢ sin ⁡ A + 1 ⁢ sin ⁡ A
64 2p1e3 ⊢ 2 + 1 = 3
65 64 a1i ⊢ A ∈ ℂ → 2 + 1 = 3
66 65 oveq1d ⊢ A ∈ ℂ → 2 + 1 ⁢ sin ⁡ A = 3 ⁢ sin ⁡ A
67 63 66 eqtr3d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A + 1 ⁢ sin ⁡ A = 3 ⁢ sin ⁡ A
68 3 3 47 adddird ⊢ A ∈ ℂ → 2 + 2 ⁢ sin ⁡ A 3 = 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 2 ⁢ sin ⁡ A 3
69 2p2e4 ⊢ 2 + 2 = 4
70 69 eqcomi ⊢ 4 = 2 + 2
71 70 a1i ⊢ A ∈ ℂ → 4 = 2 + 2
72 71 oveq1d ⊢ A ∈ ℂ → 4 ⁢ sin ⁡ A 3 = 2 + 2 ⁢ sin ⁡ A 3
73 3 25 15 mulassd ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A
74 40 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ A 2
75 41 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A ⁢ sin ⁡ A 2 = 2 ⁢ sin ⁡ A 3
76 73 74 75 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 2 ⁢ sin ⁡ A 3
77 76 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 2 ⁢ sin ⁡ A 3
78 68 72 77 3eqtr4rd ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 4 ⁢ sin ⁡ A 3
79 67 78 oveq12d ⊢ A ∈ ℂ → 2 ⁢ sin ⁡ A + 1 ⁢ sin ⁡ A - 2 ⁢ sin ⁡ A 3 + 2 ⁢ sin ⁡ A 2 ⁢ sin ⁡ A = 3 ⁢ sin ⁡ A − 4 ⁢ sin ⁡ A 3
80 57 62 79 3eqtr2d ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 2 ⁢ A ⁢ cos ⁡ 1 ⁢ A + cos ⁡ 2 ⁢ A ⁢ sin ⁡ 1 ⁢ A = 3 ⁢ sin ⁡ A − 4 ⁢ sin ⁡ A 3
81 8 12 80 3eqtrd ⊢ A ∈ ℂ → sin ⁡ 3 ⁢ A = 3 ⁢ sin ⁡ A − 4 ⁢ sin ⁡ A 3