Metamath Proof Explorer


Theorem cosargd

Description: The cosine of the argument is the quotient of the real part and the absolute value. Compare to efiarg . (Contributed by David Moews, 28-Feb-2017)

Ref Expression
Hypotheses cosargd.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
cosargd.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  0 )
Assertion cosargd ( ๐œ‘ โ†’ ( cos โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cosargd.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
2 cosargd.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  0 )
3 1 cjcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ โ„‚ )
4 1 3 addcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ โ„‚ )
5 1 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ โ„ )
6 5 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ โ„‚ )
7 2cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
8 1 2 absne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) โ‰  0 )
9 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
10 9 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โ‰  0 )
11 4 6 7 8 10 divdiv32d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
12 1 2 logcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ โ„‚ )
13 12 imcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ โ„ )
14 13 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ โ„‚ )
15 cosval โŠข ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( cos โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) + ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) / 2 ) )
16 14 15 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( cos โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) + ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) / 2 ) )
17 efiarg โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘‹ โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
18 1 2 17 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
19 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
20 19 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ i โˆˆ โ„‚ )
21 20 14 mulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
22 efcj โŠข ( ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( exp โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( โˆ— โ€˜ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) )
23 21 22 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( โˆ— โ€˜ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) )
24 20 14 cjmuld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ i ) ยท ( โˆ— โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) )
25 cji โŠข ( โˆ— โ€˜ i ) = - i
26 25 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ i ) = - i )
27 13 cjred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
28 26 27 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โˆ— โ€˜ i ) ยท ( โˆ— โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
29 24 28 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
30 29 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) )
31 18 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( โˆ— โ€˜ ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
32 23 30 31 3eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( โˆ— โ€˜ ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
33 1 6 8 cjdivd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) / ( โˆ— โ€˜ ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
34 5 cjred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) )
35 34 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) / ( โˆ— โ€˜ ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
36 32 33 35 3eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
37 18 36 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) + ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) + ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
38 1 3 6 8 divdird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐‘‹ / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) + ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
39 37 38 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) + ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
40 39 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) + ( exp โ€˜ ( - i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) )
41 16 40 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( cos โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) )
42 reval โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) )
43 1 42 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) )
44 43 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ( ๐‘‹ + ( โˆ— โ€˜ ๐‘‹ ) ) / 2 ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
45 11 41 44 3eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( cos โ€˜ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘‹ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‹ ) ) )