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Theorem itgcoscmulx

Description: Exercise: the integral of x |-> cos a x on an open interval. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses itgcoscmulx.a ⊢ φ → A ∈ ℂ
itgcoscmulx.b ⊢ φ → B ∈ ℝ
itgcoscmulx.c ⊢ φ → C ∈ ℝ
itgcoscmulx.blec ⊢ φ → B ≤ C
itgcoscmulx.an0 ⊢ φ → A ≠ 0
Assertion itgcoscmulx ⊢ φ → ∫ B C cos ⁡ A ⁢ x dx = sin ⁡ A ⁢ C − sin ⁡ A ⁢ B A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgcoscmulx.a ⊢ φ → A ∈ ℂ
2 itgcoscmulx.b ⊢ φ → B ∈ ℝ
3 itgcoscmulx.c ⊢ φ → C ∈ ℝ
4 itgcoscmulx.blec ⊢ φ → B ≤ C
5 itgcoscmulx.an0 ⊢ φ → A ≠ 0
6 2 3 iccssred ⊢ φ → B C ⊆ ℝ
7 6 resmptd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ↾ B C = y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A
8 7 eqcomd ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A = y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ↾ B C
9 8 oveq2d ⊢ φ → dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y = ℝ D y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ↾ B C
10 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
11 10 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℂ
12 11 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ∈ ℂ
13 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → A ∈ ℂ
14 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → y ∈ ℂ
15 13 14 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → A ⁢ y ∈ ℂ
16 15 sincld ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
17 5 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → A ≠ 0
18 16 13 17 divcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → sin ⁡ A ⁢ y A ∈ ℂ
19 12 18 syldan ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → sin ⁡ A ⁢ y A ∈ ℂ
20 19 fmpttd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A : ℝ ⟶ ℂ
21 ssidd ⊢ φ → ℝ ⊆ ℝ
22 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld
23 tgioo4 ⊢ topGen ⁡ ran ⁡ . = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
24 22 23 dvres ⊢ ℝ ⊆ ℂ ∧ y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A : ℝ ⟶ ℂ ∧ ℝ ⊆ ℝ ∧ B C ⊆ ℝ → ℝ D y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ↾ B C = dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ B C
25 11 20 21 6 24 syl22anc ⊢ φ → ℝ D y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ↾ B C = dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ B C
26 reelprrecn ⊢ ℝ ∈ ℝ ℂ
27 26 a1i ⊢ φ → ℝ ∈ ℝ ℂ
28 12 16 syldan ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → sin ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
29 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → A ∈ ℂ
30 29 12 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → A ⁢ y ∈ ℂ
31 30 coscld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
32 29 31 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
33 11 resmptd ⊢ φ → y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ = y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y
34 33 eqcomd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y = y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ
35 34 oveq2d ⊢ φ → dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y d ℝ y = ℝ D y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ
36 16 fmpttd ⊢ φ → y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y : ℂ ⟶ ℂ
37 ssidd ⊢ φ → ℂ ⊆ ℂ
38 dvsinax ⊢ A ∈ ℂ → dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y = y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y
39 1 38 syl ⊢ φ → dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y = y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y
40 39 dmeqd ⊢ φ → dom ⁡ dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y = dom ⁡ y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y
41 15 coscld ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
42 13 41 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℂ → A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
43 42 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ ℂ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
44 dmmptg ⊢ ∀ y ∈ ℂ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ → dom ⁡ y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y = ℂ
45 43 44 syl ⊢ φ → dom ⁡ y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y = ℂ
46 40 45 eqtr2d ⊢ φ → ℂ = dom ⁡ dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y
47 10 46 sseqtrid ⊢ φ → ℝ ⊆ dom ⁡ dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y
48 dvres3 ⊢ ℝ ∈ ℝ ℂ ∧ y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y : ℂ ⟶ ℂ ∧ ℂ ⊆ ℂ ∧ ℝ ⊆ dom ⁡ dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y → ℝ D y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ = dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y ↾ ℝ
49 27 36 37 47 48 syl22anc ⊢ φ → ℝ D y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ = dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y ↾ ℝ
50 39 reseq1d ⊢ φ → dy ∈ ℂ sin ⁡ A ⁢ y d ℂ y ↾ ℝ = y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ
51 11 resmptd ⊢ φ → y ∈ ℂ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ = y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y
52 49 50 51 3eqtrd ⊢ φ → ℝ D y ∈ ℂ ⟼ sin ⁡ A ⁢ y ↾ ℝ = y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y
53 35 52 eqtrd ⊢ φ → dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y d ℝ y = y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y
54 27 28 32 53 1 5 dvmptdivc ⊢ φ → dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y = y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A
55 iccntr ⊢ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ → int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ B C = B C
56 2 3 55 syl2anc ⊢ φ → int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ B C = B C
57 54 56 reseq12d ⊢ φ → dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ B C = y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A ↾ B C
58 ioossre ⊢ B C ⊆ ℝ
59 resmpt ⊢ B C ⊆ ℝ → y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A ↾ B C = y ∈ B C ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A
60 58 59 mp1i ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A ↾ B C = y ∈ B C ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A
61 elioore ⊢ y ∈ B C → y ∈ ℝ
62 61 recnd ⊢ y ∈ B C → y ∈ ℂ
63 62 41 sylan2 ⊢ φ ∧ y ∈ B C → cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
64 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ B C → A ∈ ℂ
65 5 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ B C → A ≠ 0
66 63 64 65 divcan3d ⊢ φ ∧ y ∈ B C → A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A = cos ⁡ A ⁢ y
67 66 mpteq2dva ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ A ⁢ cos ⁡ A ⁢ y A = y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y
68 57 60 67 3eqtrd ⊢ φ → dy ∈ ℝ sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ B C = y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y
69 9 25 68 3eqtrd ⊢ φ → dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y = y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y
70 69 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ B C → dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y = y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y
71 oveq2 ⊢ y = x → A ⁢ y = A ⁢ x
72 71 fveq2d ⊢ y = x → cos ⁡ A ⁢ y = cos ⁡ A ⁢ x
73 72 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ B C ∧ y = x → cos ⁡ A ⁢ y = cos ⁡ A ⁢ x
74 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ B C → x ∈ B C
75 1 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ B C → A ∈ ℂ
76 58 11 sstrid ⊢ φ → B C ⊆ ℂ
77 76 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ B C → x ∈ ℂ
78 75 77 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ B C → A ⁢ x ∈ ℂ
79 78 coscld ⊢ φ ∧ x ∈ B C → cos ⁡ A ⁢ x ∈ ℂ
80 70 73 74 79 fvmptd ⊢ φ ∧ x ∈ B C → dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ⁡ x = cos ⁡ A ⁢ x
81 80 eqcomd ⊢ φ ∧ x ∈ B C → cos ⁡ A ⁢ x = dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ⁡ x
82 81 itgeq2dv ⊢ φ → ∫ B C cos ⁡ A ⁢ x dx = ∫ B C dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ⁡ x dx
83 eqidd ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A = y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A
84 oveq2 ⊢ y = C → A ⁢ y = A ⁢ C
85 84 fveq2d ⊢ y = C → sin ⁡ A ⁢ y = sin ⁡ A ⁢ C
86 85 oveq1d ⊢ y = C → sin ⁡ A ⁢ y A = sin ⁡ A ⁢ C A
87 86 adantl ⊢ φ ∧ y = C → sin ⁡ A ⁢ y A = sin ⁡ A ⁢ C A
88 2 rexrd ⊢ φ → B ∈ ℝ *
89 3 rexrd ⊢ φ → C ∈ ℝ *
90 ubicc2 ⊢ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ B ≤ C → C ∈ B C
91 88 89 4 90 syl3anc ⊢ φ → C ∈ B C
92 3 recnd ⊢ φ → C ∈ ℂ
93 1 92 mulcld ⊢ φ → A ⁢ C ∈ ℂ
94 93 sincld ⊢ φ → sin ⁡ A ⁢ C ∈ ℂ
95 94 1 5 divcld ⊢ φ → sin ⁡ A ⁢ C A ∈ ℂ
96 83 87 91 95 fvmptd ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ⁡ C = sin ⁡ A ⁢ C A
97 oveq2 ⊢ y = B → A ⁢ y = A ⁢ B
98 97 fveq2d ⊢ y = B → sin ⁡ A ⁢ y = sin ⁡ A ⁢ B
99 98 oveq1d ⊢ y = B → sin ⁡ A ⁢ y A = sin ⁡ A ⁢ B A
100 99 adantl ⊢ φ ∧ y = B → sin ⁡ A ⁢ y A = sin ⁡ A ⁢ B A
101 lbicc2 ⊢ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ B ≤ C → B ∈ B C
102 88 89 4 101 syl3anc ⊢ φ → B ∈ B C
103 2 recnd ⊢ φ → B ∈ ℂ
104 1 103 mulcld ⊢ φ → A ⁢ B ∈ ℂ
105 104 sincld ⊢ φ → sin ⁡ A ⁢ B ∈ ℂ
106 105 1 5 divcld ⊢ φ → sin ⁡ A ⁢ B A ∈ ℂ
107 83 100 102 106 fvmptd ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ⁡ B = sin ⁡ A ⁢ B A
108 96 107 oveq12d ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ⁡ C − y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ⁡ B = sin ⁡ A ⁢ C A − sin ⁡ A ⁢ B A
109 coscn ⊢ cos : ℂ ⟶cn ℂ
110 109 a1i ⊢ φ → cos : ℂ ⟶cn ℂ
111 76 1 37 constcncfg ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ A : B C ⟶cn ℂ
112 76 37 idcncfg ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ y : B C ⟶cn ℂ
113 111 112 mulcncf ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ A ⁢ y : B C ⟶cn ℂ
114 110 113 cncfmpt1f ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y : B C ⟶cn ℂ
115 69 114 eqeltrd ⊢ φ → dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y : B C ⟶cn ℂ
116 ioossicc ⊢ B C ⊆ B C
117 116 a1i ⊢ φ → B C ⊆ B C
118 ioombl ⊢ B C ∈ dom ⁡ vol
119 118 a1i ⊢ φ → B C ∈ dom ⁡ vol
120 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ B C → A ∈ ℂ
121 6 10 sstrdi ⊢ φ → B C ⊆ ℂ
122 121 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ B C → y ∈ ℂ
123 120 122 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ B C → A ⁢ y ∈ ℂ
124 123 coscld ⊢ φ ∧ y ∈ B C → cos ⁡ A ⁢ y ∈ ℂ
125 121 1 37 constcncfg ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ A : B C ⟶cn ℂ
126 121 37 idcncfg ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ y : B C ⟶cn ℂ
127 125 126 mulcncf ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ A ⁢ y : B C ⟶cn ℂ
128 110 127 cncfmpt1f ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y : B C ⟶cn ℂ
129 cniccibl ⊢ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ ∧ y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y : B C ⟶cn ℂ → y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y ∈ 𝐿 1
130 2 3 128 129 syl3anc ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y ∈ 𝐿 1
131 117 119 124 130 iblss ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ cos ⁡ A ⁢ y ∈ 𝐿 1
132 69 131 eqeltrd ⊢ φ → dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ∈ 𝐿 1
133 sincn ⊢ sin : ℂ ⟶cn ℂ
134 133 a1i ⊢ φ → sin : ℂ ⟶cn ℂ
135 134 127 cncfmpt1f ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y : B C ⟶cn ℂ
136 neneq ⊢ A ≠ 0 → ¬ A = 0
137 elsni ⊢ A ∈ 0 → A = 0
138 137 con3i ⊢ ¬ A = 0 → ¬ A ∈ 0
139 5 136 138 3syl ⊢ φ → ¬ A ∈ 0
140 1 139 eldifd ⊢ φ → A ∈ ℂ ∖ 0
141 difssd ⊢ φ → ℂ ∖ 0 ⊆ ℂ
142 121 140 141 constcncfg ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ A : B C ⟶cn ℂ ∖ 0
143 135 142 divcncf ⊢ φ → y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A : B C ⟶cn ℂ
144 2 3 4 115 132 143 ftc2 ⊢ φ → ∫ B C dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ⁡ x dx = y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ⁡ C − y ∈ B C ⟼ sin ⁡ A ⁢ y A ⁡ B
145 94 105 1 5 divsubdird ⊢ φ → sin ⁡ A ⁢ C − sin ⁡ A ⁢ B A = sin ⁡ A ⁢ C A − sin ⁡ A ⁢ B A
146 108 144 145 3eqtr4d ⊢ φ → ∫ B C dy ∈ B C sin ⁡ A ⁢ y A d ℝ y ⁡ x dx = sin ⁡ A ⁢ C − sin ⁡ A ⁢ B A
147 82 146 eqtrd ⊢ φ → ∫ B C cos ⁡ A ⁢ x dx = sin ⁡ A ⁢ C − sin ⁡ A ⁢ B A