Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: Rtrigo_reg.v   Sprache: Coq

Original von: Coq©

(************************************************************************)
(*         *   The Coq Proof Assistant / The Coq Development Team       *)
(*  v      *   INRIA, CNRS and contributors - Copyright 1999-2018       *)
(* <O___,, *       (see CREDITS file for the list of authors)           *)
(*   \VV/  **************************************************************)
(*    //   *    This file is distributed under the terms of the         *)
(*         *     GNU Lesser General Public License Version 2.1          *)
(*         *     (see LICENSE file for the text of the license)         *)
(************************************************************************)

Require Import Rbase.
Require Import Rfunctions.
Require Import SeqSeries.
Require Import Rtrigo1.
Require Import Ranalysis1.
Require Import PSeries_reg.
Local Open Scope nat_scope.
Local Open Scope R_scope.


(**********)
Lemma continuity_sin : continuity sin.
Proof.
  unfold continuity; intro.
  assert (H0 := continuity_cos (PI / 2 - x)).
  unfold continuity_pt in H0; unfold continue_in in H0; unfold limit1_in in H0;
    unfold limit_in in H0; simpl in H0; unfold R_dist in H0;
      unfold continuity_pt; unfold continue_in;
        unfold limit1_in; unfold limit_in;
          simplunfold R_dist; intros.
  elim (H0 _ H); intros.
  exists x0; intros.
  elim H1; intros.
  split.
  assumption.
  introsrewrite <- (cos_shift x); rewrite <- (cos_shift x1); apply H3.
  elim H4; intros.
  split.
  unfold D_x, no_cond; split.
  trivial.
  redintrounfold D_x, no_cond in H5; elim H5; intros _ H8; elim H8;
    rewrite <- (Ropp_involutive x); rewrite <- (Ropp_involutive x1);
      apply Ropp_eq_compat; apply Rplus_eq_reg_l with (PI / 2);
        apply H7.
  replace (PI / 2 - x1 - (PI / 2 - x)) with (x - x1); [ idtac | ring ];
  rewrite <- Rabs_Ropp; rewrite Ropp_minus_distr'; apply H6.
Qed.

Lemma CVN_R_sin :
  forall fn:nat -> R -> R,
    fn =
    (fun (N:nat) (x:R) => (-1) ^ N / INR (fact (2 * N + 1)) * x ^ (2 * N)) ->
    CVN_R fn.
Proof.
  unfold CVN_R; unfold CVN_r; intros fn H r.
  exists (fun n:nat => / INR (fact (2 * n + 1)) * r ^ (2 * n)).
  cut
    { l:R |
        Un_cv
        (fun n:nat =>
          sum_f_R0
          (fun k:nat => Rabs (/ INR (fact (2 * k + 1)) * r ^ (2 * k))) n)
        l }.
  intros (x,p).
  exists x.
  split.
  apply p.
  introsrewrite H; unfold Rdiv; do 2 rewrite Rabs_mult;
    rewrite pow_1_abs; rewrite Rmult_1_l.
  cut (0 < / INR (fact (2 * n + 1))).
  introrewrite (Rabs_right _ (Rle_ge _ _ (Rlt_le _ _ H1))).
  apply Rmult_le_compat_l.
  leftapply H1.
  rewrite <- RPow_abs; apply pow_maj_Rabs.
  rewrite Rabs_Rabsolu; unfold Boule in H0; rewrite Rminus_0_r in H0; left;
    apply H0.
  apply Rinv_0_lt_compat; apply INR_fact_lt_0.
  cut ((r:R) <> 0).
  introapply Alembert_C2.
  introapply Rabs_no_R0.
  apply prod_neq_R0.
  apply Rinv_neq_0_compat; apply INR_fact_neq_0.
  apply pow_nonzero; assumption.
  assert (H1 := Alembert_sin).
  unfold sin_n in H1; unfold Un_cv in H1; unfold Un_cv; intros.
  cut (0 < eps / Rsqr r).
  introelim (H1 _ H3); intros N0 H4.
  exists N0; intros.
  unfold R_dist; assert (H6 := H4 _ H5).
  unfold R_dist in H5;
    replace
    (Rabs
      (Rabs (/ INR (fact (2 * S n + 1)) * r ^ (2 * S n)) /
        Rabs (/ INR (fact (2 * n + 1)) * r ^ (2 * n)))) with
    (Rsqr r *
      Rabs
      ((-1) ^ S n / INR (fact (2 * S n + 1)) /
        ((-1) ^ n / INR (fact (2 * n + 1))))).
  apply Rmult_lt_reg_l with (/ Rsqr r).
  apply Rinv_0_lt_compat; apply Rsqr_pos_lt; assumption.
  pattern (/ Rsqr r) at 1; rewrite <- (Rabs_right (/ Rsqr r)).
  rewrite <- Rabs_mult.
  rewrite Rmult_minus_distr_l.
  rewrite Rmult_0_r; rewrite <- Rmult_assoc; rewrite <- Rinv_l_sym.
  rewrite Rmult_1_l; rewrite <- (Rmult_comm eps).
  apply H6.
  unfold Rsqr; apply prod_neq_R0; assumption.
  apply Rle_ge; leftapply Rinv_0_lt_compat; apply Rsqr_pos_lt; assumption.
  unfold Rdiv; rewrite (Rmult_comm (Rsqr r)); repeat rewrite Rabs_mult;
    rewrite Rabs_Rabsolu; rewrite pow_1_abs.
  rewrite Rmult_1_l.
  repeat rewrite Rmult_assoc; apply Rmult_eq_compat_l.
  rewrite Rinv_mult_distr.
  rewrite Rinv_involutive.
  rewrite Rabs_mult.
  rewrite Rabs_Rinv.
  rewrite pow_1_abs; rewrite Rinv_1; rewrite Rmult_1_l.
  rewrite Rinv_mult_distr.
  rewrite <- Rabs_Rinv.
  rewrite Rinv_involutive.
  rewrite Rabs_mult.
  do 2 rewrite Rabs_Rabsolu.
  rewrite (Rmult_comm (Rabs (r ^ (2 * S n)))).
  rewrite Rmult_assoc; apply Rmult_eq_compat_l.
  rewrite Rabs_Rinv.
  rewrite Rabs_Rabsolu.
  repeat rewrite Rabs_right.
  replace (r ^ (2 * S n)) with (r ^ (2 * n) * r * r).
  do 2 rewrite <- Rmult_assoc.
  rewrite <- Rinv_l_sym.
  unfold Rsqr; ring.
  apply pow_nonzero; assumption.
  replace (2 * S n)%nat with (S (S (2 * n))).
  simpl; ring.
  ring.
  apply Rle_ge; apply pow_le; leftapply (cond_pos r).
  apply Rle_ge; apply pow_le; leftapply (cond_pos r).
  apply Rabs_no_R0; apply pow_nonzero; assumption.
  apply INR_fact_neq_0.
  apply Rinv_neq_0_compat; apply INR_fact_neq_0.
  apply Rabs_no_R0; apply Rinv_neq_0_compat; apply INR_fact_neq_0.
  apply Rabs_no_R0; apply pow_nonzero; assumption.
  apply pow_nonzero; discrR.
  apply INR_fact_neq_0.
  apply pow_nonzero; discrR.
  apply Rinv_neq_0_compat; apply INR_fact_neq_0.
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ assumption | apply Rinv_0_lt_compat; apply Rsqr_pos_lt; assumption ].
  assert (H0 := cond_pos r); redintrorewrite H1 in H0;
    elim (Rlt_irrefl _ H0).
Qed.

(** (sin h)/h -> 1 when h -> 0 *)
Lemma derivable_pt_lim_sin_0 : derivable_pt_lim sin 0 1.
Proof.
  unfold derivable_pt_lim; intros.
  set
    (fn := fun (N:nat) (x:R) => (-1) ^ N / INR (fact (2 * N + 1)) * x ^ (2 * N)).
  cut (CVN_R fn).
  introcut (forall x:R, { l:R | Un_cv (fun N:nat => SP fn N x) l }).
  intro cv.
  set (r := mkposreal _ Rlt_0_1).
  cut (CVN_r fn r).
  introcut (forall (n:nat) (y:R), Boule 0 r y -> continuity_pt (fn n) y).
  introcut (Boule 0 r 0).
  introassert (H2 := SFL_continuity_pt _ cv _ X0 H0 _ H1).
  unfold continuity_pt in H2; unfold continue_in in H2; unfold limit1_in in H2;
    unfold limit_in in H2; simpl in H2; unfold R_dist in H2.
  elim (H2 _ H); intros alp H3.
  elim H3; intros.
  exists (mkposreal _ H4).
  simplintros.
  rewrite sin_0; rewrite Rplus_0_l; unfold Rminus; rewrite Ropp_0;
    rewrite Rplus_0_r.
  cut (Rabs (SFL fn cv h - SFL fn cv 0) < eps).
  introcut (SFL fn cv 0 = 1).
  introcut (SFL fn cv h = sin h / h).
  introrewrite H9 in H8; rewrite H10 in H8.
  apply H8.
  unfold SFL, sin.
  case (cv h) as (x,HUn).
  case (exist_sin (Rsqr h)) as (x0,Hsin).
  unfold Rdiv; rewrite (Rinv_r_simpl_m h x0 H6).
  eapply UL_sequence.
  apply HUn.
  unfold sin_in in Hsin; unfold sin_n, infinite_sum in Hsin;
    unfold SP, fn, Un_cv; intros.
  elim (Hsin _ H10); intros N0 H11.
  exists N0; intros.
  unfold R_dist; unfold R_dist in H11.
  replace
  (sum_f_R0 (fun k:nat => (-1) ^ k / INR (fact (2 * k + 1)) * h ^ (2 * k)) n)
    with
      (sum_f_R0 (fun i:nat => (-1) ^ i / INR (fact (2 * i + 1)) * Rsqr h ^ i) n).
  apply H11; assumption.
  apply sum_eq; introsapply Rmult_eq_compat_l; unfold Rsqr;
    rewrite pow_sqr; reflexivity.
  unfold SFL, sin.
  case (cv 0) as (?,HUn).
  eapply UL_sequence.
  apply HUn.
  unfold SP, fn; unfold Un_cv; introsexists 1%nat; intros.
  unfold R_dist;
    replace
    (sum_f_R0 (fun k:nat => (-1) ^ k / INR (fact (2 * k + 1)) * 0 ^ (2 * k)) n)
    with 1.
  unfold Rminus; rewrite Rplus_opp_r; rewrite Rabs_R0; assumption.
  rewrite decomp_sum.
  simplrewrite Rmult_1_r; unfold Rdiv; rewrite Rinv_1;
    rewrite Rmult_1_r; pattern 1 at 1; rewrite <- Rplus_0_r;
      apply Rplus_eq_compat_l.
  symmetry ; apply sum_eq_R0; intros.
  rewrite Rmult_0_l; rewrite Rmult_0_r; reflexivity.
  unfold ge in H10; apply lt_le_trans with 1%nat; [ apply lt_n_Sn | apply H10 ].
  apply H5.
  split.
  unfold D_x, no_cond; split.
  trivial.
  apply (not_eq_sym (A:=R)); apply H6.
  unfold Rminus; rewrite Ropp_0; rewrite Rplus_0_r; apply H7.
  unfold Boule; unfold Rminus; rewrite Ropp_0;
    rewrite Rplus_0_r; rewrite Rabs_R0; apply (cond_pos r).
  introsunfold fn;
    replace (fun x:R => (-1) ^ n / INR (fact (2 * n + 1)) * x ^ (2 * n)) with
    (fct_cte ((-1) ^ n / INR (fact (2 * n + 1))) * pow_fct (2 * n))%F;
    [ idtac | reflexivity ].
  apply continuity_pt_mult.
  apply derivable_continuous_pt.
  apply derivable_pt_const.
  apply derivable_continuous_pt.
  apply (derivable_pt_pow (2 * n) y).
  apply (X r).
  apply (CVN_R_CVS _ X).
  apply CVN_R_sin; unfold fn; reflexivity.
Qed.

(** ((cos h)-1)/h -> 0 when h -> 0 *)
Lemma derivable_pt_lim_cos_0 : derivable_pt_lim cos 0 0.
Proof.
  unfold derivable_pt_lim; intros.
  assert (H0 := derivable_pt_lim_sin_0).
  unfold derivable_pt_lim in H0.
  cut (0 < eps / 2).
  introelim (H0 _ H1); intros del H2.
  cut (continuity_pt sin 0).
  introunfold continuity_pt in H3; unfold continue_in in H3;
    unfold limit1_in in H3; unfold limit_in in H3; simpl in H3;
      unfold R_dist in H3.
  cut (0 < eps / 2); [ intro | assumption ].
  elim (H3 _ H4); intros del_c H5.
  cut (0 < Rmin del del_c).
  introset (delta := mkposreal _ H6).
  exists delta; intros.
  rewrite Rplus_0_l; replace (cos h - cos 0) with (-2 * Rsqr (sin (h / 2))).
  unfold Rminus; rewrite Ropp_0; rewrite Rplus_0_r.
  change (-2) with (-(2)).
  unfold Rdiv; do 2 rewrite Ropp_mult_distr_l_reverse.
  rewrite Rabs_Ropp.
  replace (2 * Rsqr (sin (h * / 2)) * / h) with
  (sin (h / 2) * (sin (h / 2) / (h / 2) - 1) + sin (h / 2)).
  apply Rle_lt_trans with
    (Rabs (sin (h / 2) * (sin (h / 2) / (h / 2) - 1)) + Rabs (sin (h / 2))).
  apply Rabs_triang.
  rewrite (double_var eps); apply Rplus_lt_compat.
  apply Rle_lt_trans with (Rabs (sin (h / 2) / (h / 2) - 1)).
  rewrite Rabs_mult; rewrite Rmult_comm;
    pattern (Rabs (sin (h / 2) / (h / 2) - 1)) at 2;
      rewrite <- Rmult_1_r; apply Rmult_le_compat_l.
  apply Rabs_pos.
  assert (H9 := SIN_bound (h / 2)).
  unfold Rabs; case (Rcase_abs (sin (h / 2))); intro.
  rewrite <- (Ropp_involutive 1).
  apply Ropp_le_contravar.
  elim H9; intros; assumption.
  elim H9; intros; assumption.
  cut (Rabs (h / 2) < del).
  introcut (h / 2 <> 0).
  introassert (H11 := H2 _ H10 H9).
  rewrite Rplus_0_l in H11; rewrite sin_0 in H11.
  rewrite Rminus_0_r in H11; apply H11.
  unfold Rdiv; apply prod_neq_R0.
  apply H7.
  apply Rinv_neq_0_compat; discrR.
  apply Rlt_trans with (del / 2).
  unfold Rdiv; rewrite Rabs_mult.
  rewrite (Rabs_right (/ 2)).
  do 2 rewrite <- (Rmult_comm (/ 2)); apply Rmult_lt_compat_l.
  apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  apply Rlt_le_trans with (pos delta).
  apply H8.
  unfold delta; simplapply Rmin_l.
  apply Rle_ge; leftapply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  rewrite <- (Rplus_0_r (del / 2)); pattern del at 1;
    rewrite (double_var del); apply Rplus_lt_compat_l;
      unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat.
  apply (cond_pos del).
  apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  elim H5; introsassert (H11 := H10 (h / 2)).
  rewrite sin_0 in H11; do 2 rewrite Rminus_0_r in H11.
  apply H11.
  split.
  unfold D_x, no_cond; split.
  trivial.
  apply (not_eq_sym (A:=R)); unfold Rdiv; apply prod_neq_R0.
  apply H7.
  apply Rinv_neq_0_compat; discrR.
  apply Rlt_trans with (del_c / 2).
  unfold Rdiv; rewrite Rabs_mult.
  rewrite (Rabs_right (/ 2)).
  do 2 rewrite <- (Rmult_comm (/ 2)).
  apply Rmult_lt_compat_l.
  apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  apply Rlt_le_trans with (pos delta).
  apply H8.
  unfold delta; simplapply Rmin_r.
  apply Rle_ge; leftapply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  rewrite <- (Rplus_0_r (del_c / 2)); pattern del_c at 2;
    rewrite (double_var del_c); apply Rplus_lt_compat_l.
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat.
  apply H9.
  apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  rewrite Rmult_minus_distr_l; rewrite Rmult_1_r; unfold Rminus;
    rewrite Rplus_assoc; rewrite Rplus_opp_l; rewrite Rplus_0_r;
      rewrite (Rmult_comm 2); unfold Rdiv, Rsqr.
  repeat rewrite Rmult_assoc.
  repeat apply Rmult_eq_compat_l.
  rewrite Rinv_mult_distr.
  rewrite Rinv_involutive.
  apply Rmult_comm.
  discrR.
  apply H7.
  apply Rinv_neq_0_compat; discrR.
  pattern h at 2; replace h with (2 * (h / 2)).
  rewrite (cos_2a_sin (h / 2)).
  rewrite cos_0; unfold Rsqr; ring.
  unfold Rdiv; rewrite <- Rmult_assoc; apply Rinv_r_simpl_m.
  discrR.
  unfold Rmin; case (Rle_dec del del_c); intro.
  apply (cond_pos del).
  elim H5; intros; assumption.
  apply continuity_sin.
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ assumption | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ].
Qed.

(**********)
Theorem derivable_pt_lim_sin : forall x:R, derivable_pt_lim sin x (cos x).
Proof.
  introassert (H0 := derivable_pt_lim_sin_0).
  assert (H := derivable_pt_lim_cos_0).
  unfold derivable_pt_lim in H0, H.
  unfold derivable_pt_lim; intros.
  cut (0 < eps / 2);
    [ intro
      | unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
        [ apply H1 | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ] ].
  elim (H0 _ H2); intros alp1 H3.
  elim (H _ H2); intros alp2 H4.
  set (alp := Rmin alp1 alp2).
  cut (0 < alp).
  introexists (mkposreal _ H5); intros.
  replace ((sin (x + h) - sin x) / h - cos x) with
  (sin x * ((cos h - 1) / h) + cos x * (sin h / h - 1)).
  apply Rle_lt_trans with
    (Rabs (sin x * ((cos h - 1) / h)) + Rabs (cos x * (sin h / h - 1))).
  apply Rabs_triang.
  rewrite (double_var eps); apply Rplus_lt_compat.
  apply Rle_lt_trans with (Rabs ((cos h - 1) / h)).
  rewrite Rabs_mult; rewrite Rmult_comm;
    pattern (Rabs ((cos h - 1) / h)) at 2; rewrite <- Rmult_1_r;
      apply Rmult_le_compat_l.
  apply Rabs_pos.
  assert (H8 := SIN_bound x); elim H8; intros.
  unfold Rabs; case (Rcase_abs (sin x)); intro.
  rewrite <- (Ropp_involutive 1).
  apply Ropp_le_contravar; assumption.
  assumption.
  cut (Rabs h < alp2).
  introassert (H9 := H4 _ H6 H8).
  rewrite cos_0 in H9; rewrite Rplus_0_l in H9; rewrite Rminus_0_r in H9;
    apply H9.
  apply Rlt_le_trans with alp.
  apply H7.
  unfold alp; apply Rmin_r.
  apply Rle_lt_trans with (Rabs (sin h / h - 1)).
  rewrite Rabs_mult; rewrite Rmult_comm;
    pattern (Rabs (sin h / h - 1)) at 2; rewrite <- Rmult_1_r;
      apply Rmult_le_compat_l.
  apply Rabs_pos.
  assert (H8 := COS_bound x); elim H8; intros.
  unfold Rabs; case (Rcase_abs (cos x)); intro.
  rewrite <- (Ropp_involutive 1); apply Ropp_le_contravar; assumption.
  assumption.
  cut (Rabs h < alp1).
  introassert (H9 := H3 _ H6 H8).
  rewrite sin_0 in H9; rewrite Rplus_0_l in H9; rewrite Rminus_0_r in H9;
    apply H9.
  apply Rlt_le_trans with alp.
  apply H7.
  unfold alp; apply Rmin_l.
  rewrite sin_plus.
  now field.
  unfold alp; unfold Rmin; case (Rle_dec alp1 alp2); intro.
  apply (cond_pos alp1).
  apply (cond_pos alp2).
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_cos : forall x:R, derivable_pt_lim cos x (- sin x).
Proof.
  introcut (forall h:R, sin (h + PI / 2) = cos h).
  introreplace (- sin x) with (cos (x + PI / 2) * (1 + 0)).
  generalize (derivable_pt_lim_comp (id + fct_cte (PI / 2))%F sin); intros.
  cut (derivable_pt_lim (id + fct_cte (PI / 2)) x (1 + 0)).
  cut (derivable_pt_lim sin ((id + fct_cte (PI / 2))%F x) (cos (x + PI / 2))).
  introsgeneralize (H0 _ _ _ H2 H1);
    replace (comp sin (id + fct_cte (PI / 2))%F) with
    (fun x:R => sin (x + PI / 2)); [ idtac | reflexivity ].
  unfold derivable_pt_lim; intros.
  elim (H3 eps H4); intros.
  exists x0.
  introsrewrite <- (H (x + h)); rewrite <- (H x); apply H5; assumption.
  apply derivable_pt_lim_sin.
  apply derivable_pt_lim_plus.
  apply derivable_pt_lim_id.
  apply derivable_pt_lim_const.
  rewrite sin_cos; rewrite <- (Rplus_comm x); ring.
  introrewrite cos_sin; rewrite Rplus_comm; reflexivity.
Qed.

Lemma derivable_pt_sin : forall x:R, derivable_pt sin x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intro.
  exists (cos x).
  apply derivable_pt_lim_sin.
Qed.

Lemma derivable_pt_cos : forall x:R, derivable_pt cos x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intro.
  exists (- sin x).
  apply derivable_pt_lim_cos.
Qed.

Lemma derivable_sin : derivable sin.
Proof.
  unfold derivable; introapply derivable_pt_sin.
Qed.

Lemma derivable_cos : derivable cos.
Proof.
  unfold derivable; introapply derivable_pt_cos.
Qed.

Lemma derive_pt_sin :
  forall x:R, derive_pt sin x (derivable_pt_sin _) = cos x.
Proof.
  introsapply derive_pt_eq_0.
  apply derivable_pt_lim_sin.
Qed.

Lemma derive_pt_cos :
  forall x:R, derive_pt cos x (derivable_pt_cos _) = - sin x.
Proof.
  introsapply derive_pt_eq_0.
  apply derivable_pt_lim_cos.
Qed.

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.20 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤





Download des
Quellennavigators
Download des
sprechenden Kalenders

in der Quellcodebibliothek suchen




Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.


Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.


Bot Zugriff



                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....
    

Besucherstatistik

Besucherstatistik