Metamath Proof Explorer


Theorem tanhbnd

Description: The hyperbolic tangent of a real number is bounded by 1 . (Contributed by Mario Carneiro, 4-Apr-2015)

Ref Expression
Assertion tanhbnd ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 retanhcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ โ„ )
2 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
3 recn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
4 mulcl โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( i ยท ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
5 2 3 4 sylancr โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( i ยท ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
6 rpcoshcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( cos โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) โˆˆ โ„+ )
7 6 rpne0d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( cos โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) โ‰  0 )
8 5 7 tancld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
9 2 a1i โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ i โˆˆ โ„‚ )
10 ine0 โŠข i โ‰  0
11 10 a1i โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ i โ‰  0 )
12 8 9 11 divnegd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ - ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) = ( - ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) )
13 mulneg2 โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( i ยท - ๐ด ) = - ( i ยท ๐ด ) )
14 2 3 13 sylancr โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( i ยท - ๐ด ) = - ( i ยท ๐ด ) )
15 14 fveq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( tan โ€˜ ( i ยท - ๐ด ) ) = ( tan โ€˜ - ( i ยท ๐ด ) ) )
16 tanneg โŠข ( ( ( i ยท ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( cos โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) โ‰  0 ) โ†’ ( tan โ€˜ - ( i ยท ๐ด ) ) = - ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) )
17 5 7 16 syl2anc โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( tan โ€˜ - ( i ยท ๐ด ) ) = - ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) )
18 15 17 eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( tan โ€˜ ( i ยท - ๐ด ) ) = - ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) )
19 18 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท - ๐ด ) ) / i ) = ( - ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) )
20 12 19 eqtr4d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ - ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) = ( ( tan โ€˜ ( i ยท - ๐ด ) ) / i ) )
21 renegcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ - ๐ด โˆˆ โ„ )
22 tanhlt1 โŠข ( - ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท - ๐ด ) ) / i ) < 1 )
23 21 22 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท - ๐ด ) ) / i ) < 1 )
24 20 23 eqbrtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ - ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) < 1 )
25 1re โŠข 1 โˆˆ โ„
26 ltnegcon1 โŠข ( ( ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ โ„ โˆง 1 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( - ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) < 1 โ†” - 1 < ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) ) )
27 1 25 26 sylancl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( - ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) < 1 โ†” - 1 < ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) ) )
28 24 27 mpbid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ - 1 < ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) )
29 tanhlt1 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) < 1 )
30 neg1rr โŠข - 1 โˆˆ โ„
31 30 rexri โŠข - 1 โˆˆ โ„*
32 25 rexri โŠข 1 โˆˆ โ„*
33 elioo2 โŠข ( ( - 1 โˆˆ โ„* โˆง 1 โˆˆ โ„* ) โ†’ ( ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) โ†” ( ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ โ„ โˆง - 1 < ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆง ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) < 1 ) ) )
34 31 32 33 mp2an โŠข ( ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) โ†” ( ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ โ„ โˆง - 1 < ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆง ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) < 1 ) )
35 1 28 29 34 syl3anbrc โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( tan โ€˜ ( i ยท ๐ด ) ) / i ) โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )