MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  colopp Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem colopp 25379
Description: Opposite sides of a line for colinear points. Theorem 9.18 of [Schwabhauser] p. 73. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
hpgid.p 𝑃 = (Base‘𝐺)
hpgid.i 𝐼 = (Itv‘𝐺)
hpgid.l 𝐿 = (LineG‘𝐺)
hpgid.g (𝜑𝐺 ∈ TarskiG)
hpgid.d (𝜑𝐷 ∈ ran 𝐿)
hpgid.a (𝜑𝐴𝑃)
hpgid.o 𝑂 = {⟨𝑎, 𝑏⟩ ∣ ((𝑎 ∈ (𝑃𝐷) ∧ 𝑏 ∈ (𝑃𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝑎𝐼𝑏))}
colopp.b (𝜑𝐵𝑃)
colopp.p (𝜑𝐶𝐷)
colopp.1 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵))
Assertion
Ref Expression
colopp (𝜑 → (𝐴𝑂𝐵 ↔ (𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)))
Distinct variable groups:   𝑡,𝐴   𝑡,𝐵   𝐷,𝑎,𝑏,𝑡   𝐺,𝑎,𝑏,𝑡   𝐼,𝑎,𝑏,𝑡   𝑂,𝑎,𝑏,𝑡   𝑃,𝑎,𝑏,𝑡   𝜑,𝑡   𝑡,𝐶   𝐿,𝑎,𝑏,𝑡
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑎,𝑏)   𝐴(𝑎,𝑏)   𝐵(𝑎,𝑏)   𝐶(𝑎,𝑏)

Proof of Theorem colopp
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 hpgid.p . . . . . . . 8 𝑃 = (Base‘𝐺)
2 hpgid.i . . . . . . . 8 𝐼 = (Itv‘𝐺)
3 hpgid.l . . . . . . . 8 𝐿 = (LineG‘𝐺)
4 hpgid.g . . . . . . . . 9 (𝜑𝐺 ∈ TarskiG)
54ad3antrrr 761 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
6 hpgid.a . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴𝑃)
76ad3antrrr 761 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴𝑃)
8 colopp.b . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵𝑃)
98ad3antrrr 761 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐵𝑃)
10 eqid 2609 . . . . . . . . . 10 (dist‘𝐺) = (dist‘𝐺)
11 hpgid.o . . . . . . . . . 10 𝑂 = {⟨𝑎, 𝑏⟩ ∣ ((𝑎 ∈ (𝑃𝐷) ∧ 𝑏 ∈ (𝑃𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝑎𝐼𝑏))}
12 hpgid.d . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐷 ∈ ran 𝐿)
1312ad3antrrr 761 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐷 ∈ ran 𝐿)
14 simpllr 794 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷))
1514simpld 473 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐴𝐷)
1614simprd 477 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐵𝐷)
17 simplr 787 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦𝐷)
18 eleq1 2675 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑡 = 𝑦 → (𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
1918adantl 480 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑡 = 𝑦) → (𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
20 simpr 475 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
2117, 19, 20rspcedvd 3288 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
2215, 16, 21jca31 554 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
231, 10, 2, 11, 6, 8islnopp 25349 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐴𝑂𝐵 ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
2423ad3antrrr 761 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (𝐴𝑂𝐵 ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
2522, 24mpbird 245 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴𝑂𝐵)
261, 10, 2, 11, 3, 13, 5, 7, 9, 25oppne3 25353 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴𝐵)
271, 2, 3, 5, 7, 9, 26tgelrnln 25243 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (𝐴𝐿𝐵) ∈ ran 𝐿)
281, 2, 3, 5, 7, 9, 26tglinerflx1 25246 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
291, 10, 2, 11, 3, 13, 5, 7, 9, 25oppne1 25351 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐴𝐷)
30 nelne1 2877 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷) → (𝐴𝐿𝐵) ≠ 𝐷)
3128, 29, 30syl2anc 690 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (𝐴𝐿𝐵) ≠ 𝐷)
3226neneqd 2786 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐴 = 𝐵)
33 colopp.1 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵))
3433orcomd 401 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐴 = 𝐵𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
3534ord 390 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (¬ 𝐴 = 𝐵𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
3635ad3antrrr 761 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (¬ 𝐴 = 𝐵𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
3732, 36mpd 15 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
38 colopp.p . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐶𝐷)
3938ad3antrrr 761 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶𝐷)
4037, 39elind 3759 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ ((𝐴𝐿𝐵) ∩ 𝐷))
411, 3, 2, 5, 13, 17tglnpt 25162 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦𝑃)
421, 2, 3, 5, 7, 9, 41, 26, 20btwnlng1 25232 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
4342, 17elind 3759 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦 ∈ ((𝐴𝐿𝐵) ∩ 𝐷))
441, 2, 3, 5, 27, 13, 31, 40, 43tglineineq 25256 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 = 𝑦)
4544, 20eqeltrd 2687 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
4645adantllr 750 . . . . 5 (((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
47 simpr 475 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
4818cbvrexv 3147 . . . . . 6 (∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ ∃𝑦𝐷 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
4947, 48sylib 206 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑦𝐷 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5046, 49r19.29a 3059 . . . 4 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5138adantr 479 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶𝐷)
52 simpr 475 . . . . . . 7 (((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑡 = 𝐶) → 𝑡 = 𝐶)
5352eleq1d 2671 . . . . . 6 (((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑡 = 𝐶) → (𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
54 simpr 475 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5551, 53, 54rspcedvd 3288 . . . . 5 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5655adantlr 746 . . . 4 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5750, 56impbida 872 . . 3 ((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) → (∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
5857pm5.32da 670 . 2 (𝜑 → (((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
59 3anrot 1035 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ↔ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
60 df-3an 1032 . . . 4 ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
6159, 60bitri 262 . . 3 ((𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
6261a1i 11 . 2 (𝜑 → ((𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
6358, 23, 623bitr4d 298 1 (𝜑 → (𝐴𝑂𝐵 ↔ (𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 194  wo 381  wa 382  w3a 1030   = wceq 1474  wcel 1976  wne 2779  wrex 2896  cdif 3536   class class class wbr 4577  {copab 4636  ran crn 5029  cfv 5790  (class class class)co 6527  Basecbs 15641  distcds 15723  TarskiGcstrkg 25046  Itvcitv 25052  LineGclng 25053
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2033  ax-13 2233  ax-ext 2589  ax-rep 4693  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6824  ax-cnex 9848  ax-resscn 9849  ax-1cn 9850  ax-icn 9851  ax-addcl 9852  ax-addrcl 9853  ax-mulcl 9854  ax-mulrcl 9855  ax-mulcom 9856  ax-addass 9857  ax-mulass 9858  ax-distr 9859  ax-i2m1 9860  ax-1ne0 9861  ax-1rid 9862  ax-rnegex 9863  ax-rrecex 9864  ax-cnre 9865  ax-pre-lttri 9866  ax-pre-lttrn 9867  ax-pre-ltadd 9868  ax-pre-mulgt0 9869
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-reu 2902  df-rmo 2903  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-pss 3555  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-tp 4129  df-op 4131  df-uni 4367  df-int 4405  df-iun 4451  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-tr 4675  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-om 6935  df-1st 7036  df-2nd 7037  df-wrecs 7271  df-recs 7332  df-rdg 7370  df-1o 7424  df-oadd 7428  df-er 7606  df-pm 7724  df-en 7819  df-dom 7820  df-sdom 7821  df-fin 7822  df-card 8625  df-cda 8850  df-pnf 9932  df-mnf 9933  df-xr 9934  df-ltxr 9935  df-le 9936  df-sub 10119  df-neg 10120  df-nn 10868  df-2 10926  df-3 10927  df-n0 11140  df-z 11211  df-uz 11520  df-fz 12153  df-fzo 12290  df-hash 12935  df-word 13100  df-concat 13102  df-s1 13103  df-s2 13390  df-s3 13391  df-trkgc 25064  df-trkgb 25065  df-trkgcb 25066  df-trkg 25069  df-cgrg 25124
This theorem is referenced by:  colhp  25380
  Copyright terms: Public domain W3C validator