Metamath Proof Explorer


Theorem fourierdlem43

Description: K is a real function. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypothesis fourierdlem43.1 โŠข ๐พ = ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†ฆ if ( ๐‘  = 0 , 1 , ( ๐‘  / ( 2 ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) ) ) ) )
Assertion fourierdlem43 ๐พ : ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โŸถ โ„

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem43.1 โŠข ๐พ = ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†ฆ if ( ๐‘  = 0 , 1 , ( ๐‘  / ( 2 ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) ) ) ) )
2 1red โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ๐‘  = 0 ) โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
3 pire โŠข ฯ€ โˆˆ โ„
4 3 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ฯ€ โˆˆ โ„ )
5 4 renegcld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ - ฯ€ โˆˆ โ„ )
6 id โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) )
7 eliccre โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„ โˆง ฯ€ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
8 5 4 6 7 syl3anc โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
9 8 adantr โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
10 2re โŠข 2 โˆˆ โ„
11 10 a1i โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ 2 โˆˆ โ„ )
12 9 rehalfcld โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( ๐‘  / 2 ) โˆˆ โ„ )
13 12 resincld โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โˆˆ โ„ )
14 11 13 remulcld โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( 2 ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) ) โˆˆ โ„ )
15 2cnd โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
16 13 recnd โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โˆˆ โ„‚ )
17 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
18 17 a1i โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ 2 โ‰  0 )
19 0xr โŠข 0 โˆˆ โ„*
20 19 a1i โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ 0 โˆˆ โ„* )
21 10 3 remulcli โŠข ( 2 ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„
22 21 rexri โŠข ( 2 ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„*
23 22 a1i โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ ( 2 ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„* )
24 8 adantr โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
25 simpr โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ 0 < ๐‘  )
26 21 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ( 2 ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„ )
27 5 rexrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ - ฯ€ โˆˆ โ„* )
28 4 rexrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ฯ€ โˆˆ โ„* )
29 iccleub โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„* โˆง ฯ€ โˆˆ โ„* โˆง ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) ) โ†’ ๐‘  โ‰ค ฯ€ )
30 27 28 6 29 syl3anc โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ๐‘  โ‰ค ฯ€ )
31 pirp โŠข ฯ€ โˆˆ โ„+
32 2timesgt โŠข ( ฯ€ โˆˆ โ„+ โ†’ ฯ€ < ( 2 ยท ฯ€ ) )
33 31 32 ax-mp โŠข ฯ€ < ( 2 ยท ฯ€ )
34 33 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ฯ€ < ( 2 ยท ฯ€ ) )
35 8 4 26 30 34 lelttrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ ๐‘  < ( 2 ยท ฯ€ ) )
36 35 adantr โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  < ( 2 ยท ฯ€ ) )
37 20 23 24 25 36 eliood โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  โˆˆ ( 0 (,) ( 2 ยท ฯ€ ) ) )
38 sinaover2ne0 โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( 0 (,) ( 2 ยท ฯ€ ) ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
39 37 38 syl โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
40 39 adantlr โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง 0 < ๐‘  ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
41 8 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
42 iccgelb โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„* โˆง ฯ€ โˆˆ โ„* โˆง ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) ) โ†’ - ฯ€ โ‰ค ๐‘  )
43 27 28 6 42 syl3anc โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ - ฯ€ โ‰ค ๐‘  )
44 43 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ - ฯ€ โ‰ค ๐‘  )
45 0red โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
46 neqne โŠข ( ยฌ ๐‘  = 0 โ†’ ๐‘  โ‰  0 )
47 46 ad2antlr โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  โ‰  0 )
48 simpr โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ยฌ 0 < ๐‘  )
49 41 45 47 48 lttri5d โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  < 0 )
50 5 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ - ฯ€ โˆˆ โ„ )
51 elico2 โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„ โˆง 0 โˆˆ โ„* ) โ†’ ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†” ( ๐‘  โˆˆ โ„ โˆง - ฯ€ โ‰ค ๐‘  โˆง ๐‘  < 0 ) ) )
52 50 19 51 sylancl โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†” ( ๐‘  โˆˆ โ„ โˆง - ฯ€ โ‰ค ๐‘  โˆง ๐‘  < 0 ) ) )
53 41 44 49 52 mpbir3and โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) )
54 3 renegcli โŠข - ฯ€ โˆˆ โ„
55 elicore โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
56 54 55 mpan โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ )
57 56 recnd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„‚ )
58 2cnd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
59 17 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ 2 โ‰  0 )
60 57 58 59 divnegd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ( ๐‘  / 2 ) = ( - ๐‘  / 2 ) )
61 60 eqcomd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( - ๐‘  / 2 ) = - ( ๐‘  / 2 ) )
62 61 fveq2d โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) = ( sin โ€˜ - ( ๐‘  / 2 ) ) )
63 62 negeqd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) = - ( sin โ€˜ - ( ๐‘  / 2 ) ) )
64 57 halfcld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( ๐‘  / 2 ) โˆˆ โ„‚ )
65 sinneg โŠข ( ( ๐‘  / 2 ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( sin โ€˜ - ( ๐‘  / 2 ) ) = - ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) )
66 64 65 syl โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ - ( ๐‘  / 2 ) ) = - ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) )
67 66 negeqd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ( sin โ€˜ - ( ๐‘  / 2 ) ) = - - ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) )
68 64 sincld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โˆˆ โ„‚ )
69 68 negnegd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - - ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) = ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) )
70 63 67 69 3eqtrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) = ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) )
71 57 negcld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ๐‘  โˆˆ โ„‚ )
72 71 halfcld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( - ๐‘  / 2 ) โˆˆ โ„‚ )
73 72 sincld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) โˆˆ โ„‚ )
74 19 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ 0 โˆˆ โ„* )
75 22 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( 2 ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„* )
76 56 renegcld โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ๐‘  โˆˆ โ„ )
77 54 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ฯ€ โˆˆ โ„ )
78 77 rexrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ฯ€ โˆˆ โ„* )
79 id โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) )
80 icoltub โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„* โˆง 0 โˆˆ โ„* โˆง ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) ) โ†’ ๐‘  < 0 )
81 78 74 79 80 syl3anc โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ๐‘  < 0 )
82 56 lt0neg1d โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( ๐‘  < 0 โ†” 0 < - ๐‘  ) )
83 81 82 mpbid โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ 0 < - ๐‘  )
84 3 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ฯ€ โˆˆ โ„ )
85 21 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( 2 ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„ )
86 icogelb โŠข ( ( - ฯ€ โˆˆ โ„* โˆง 0 โˆˆ โ„* โˆง ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) ) โ†’ - ฯ€ โ‰ค ๐‘  )
87 78 74 79 86 syl3anc โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ฯ€ โ‰ค ๐‘  )
88 84 56 87 lenegcon1d โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ๐‘  โ‰ค ฯ€ )
89 33 a1i โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ฯ€ < ( 2 ยท ฯ€ ) )
90 76 84 85 88 89 lelttrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ๐‘  < ( 2 ยท ฯ€ ) )
91 74 75 76 83 90 eliood โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ๐‘  โˆˆ ( 0 (,) ( 2 ยท ฯ€ ) ) )
92 sinaover2ne0 โŠข ( - ๐‘  โˆˆ ( 0 (,) ( 2 ยท ฯ€ ) ) โ†’ ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
93 91 92 syl โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
94 73 93 negne0d โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ - ( sin โ€˜ ( - ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
95 70 94 eqnetrrd โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,) 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
96 53 95 syl โŠข ( ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โˆง ยฌ 0 < ๐‘  ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
97 40 96 pm2.61dan โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) โ‰  0 )
98 15 16 18 97 mulne0d โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( 2 ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) ) โ‰  0 )
99 9 14 98 redivcld โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โˆง ยฌ ๐‘  = 0 ) โ†’ ( ๐‘  / ( 2 ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
100 2 99 ifclda โŠข ( ๐‘  โˆˆ ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โ†’ if ( ๐‘  = 0 , 1 , ( ๐‘  / ( 2 ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘  / 2 ) ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
101 1 100 fmpti โŠข ๐พ : ( - ฯ€ [,] ฯ€ ) โŸถ โ„