Theorem mulreim 8877

Description: Complex multiplication in terms of real and imaginary parts. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Feb-2020.)

Assertion

Ref	Expression
mulreim	⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((𝐴 + (i · 𝐵)) · (𝐶 + (i · 𝐷))) = (((𝐴 · 𝐶) + -(𝐵 · 𝐷)) + (i · ((𝐶 · 𝐵) + (𝐷 · 𝐴)))))

Proof of Theorem mulreim

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpll 527	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐴 ∈ ℝ)
2	1	recnd 8301	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐴 ∈ ℂ)
3		ax-icn 8221	. . . . 5 ⊢ i ∈ ℂ
4	3	a1i 9	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → i ∈ ℂ)
5		simplr 529	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐵 ∈ ℝ)
6	5	recnd 8301	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐵 ∈ ℂ)
7	4, 6	mulcld 8293	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (i · 𝐵) ∈ ℂ)
8		simprl 531	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐶 ∈ ℝ)
9	8	recnd 8301	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐶 ∈ ℂ)
10		simprr 533	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐷 ∈ ℝ)
11	10	recnd 8301	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → 𝐷 ∈ ℂ)
12	4, 11	mulcld 8293	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (i · 𝐷) ∈ ℂ)
13	2, 7, 9, 12	muladdd 8688	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((𝐴 + (i · 𝐵)) · (𝐶 + (i · 𝐷))) = (((𝐴 · 𝐶) + ((i · 𝐷) · (i · 𝐵))) + ((𝐴 · (i · 𝐷)) + (𝐶 · (i · 𝐵)))))
14	4, 11, 4, 6	mul4d 8427	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((i · 𝐷) · (i · 𝐵)) = ((i · i) · (𝐷 · 𝐵)))
15		ixi 8856	. . . . . . 7 ⊢ (i · i) = -1
16	15	oveq1i 6059	. . . . . 6 ⊢ ((i · i) · (𝐷 · 𝐵)) = (-1 · (𝐷 · 𝐵))
17	14, 16	eqtrdi 2281	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((i · 𝐷) · (i · 𝐵)) = (-1 · (𝐷 · 𝐵)))
18	11, 6	mulcld 8293	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐷 · 𝐵) ∈ ℂ)
19	18	mulm1d 8682	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (-1 · (𝐷 · 𝐵)) = -(𝐷 · 𝐵))
20	11, 6	mulcomd 8294	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐷 · 𝐵) = (𝐵 · 𝐷))
21	20	negeqd 8467	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → -(𝐷 · 𝐵) = -(𝐵 · 𝐷))
22	17, 19, 21	3eqtrd 2269	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((i · 𝐷) · (i · 𝐵)) = -(𝐵 · 𝐷))
23	22	oveq2d 6065	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((𝐴 · 𝐶) + ((i · 𝐷) · (i · 𝐵))) = ((𝐴 · 𝐶) + -(𝐵 · 𝐷)))
24	11, 2	mulcld 8293	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐷 · 𝐴) ∈ ℂ)
25	4, 24	mulcld 8293	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (i · (𝐷 · 𝐴)) ∈ ℂ)
26	9, 6	mulcld 8293	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐶 · 𝐵) ∈ ℂ)
27	4, 26	mulcld 8293	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (i · (𝐶 · 𝐵)) ∈ ℂ)
28	25, 27	addcomd 8423	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((i · (𝐷 · 𝐴)) + (i · (𝐶 · 𝐵))) = ((i · (𝐶 · 𝐵)) + (i · (𝐷 · 𝐴))))
29	2, 4, 11	mul12d 8424	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐴 · (i · 𝐷)) = (i · (𝐴 · 𝐷)))
30	2, 11	mulcomd 8294	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐴 · 𝐷) = (𝐷 · 𝐴))
31	30	oveq2d 6065	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (i · (𝐴 · 𝐷)) = (i · (𝐷 · 𝐴)))
32	29, 31	eqtrd 2265	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐴 · (i · 𝐷)) = (i · (𝐷 · 𝐴)))
33	9, 4, 6	mul12d 8424	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (𝐶 · (i · 𝐵)) = (i · (𝐶 · 𝐵)))
34	32, 33	oveq12d 6067	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((𝐴 · (i · 𝐷)) + (𝐶 · (i · 𝐵))) = ((i · (𝐷 · 𝐴)) + (i · (𝐶 · 𝐵))))
35	4, 26, 24	adddid 8297	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (i · ((𝐶 · 𝐵) + (𝐷 · 𝐴))) = ((i · (𝐶 · 𝐵)) + (i · (𝐷 · 𝐴))))
36	28, 34, 35	3eqtr4d 2275	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((𝐴 · (i · 𝐷)) + (𝐶 · (i · 𝐵))) = (i · ((𝐶 · 𝐵) + (𝐷 · 𝐴))))
37	23, 36	oveq12d 6067	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → (((𝐴 · 𝐶) + ((i · 𝐷) · (i · 𝐵))) + ((𝐴 · (i · 𝐷)) + (𝐶 · (i · 𝐵)))) = (((𝐴 · 𝐶) + -(𝐵 · 𝐷)) + (i · ((𝐶 · 𝐵) + (𝐷 · 𝐴)))))
38	13, 37	eqtrd 2265	1 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ)) → ((𝐴 + (i · 𝐵)) · (𝐶 + (i · 𝐷))) = (((𝐴 · 𝐶) + -(𝐵 · 𝐷)) + (i · ((𝐶 · 𝐵) + (𝐷 · 𝐴)))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1398   ∈ wcel 2203  (class class class)co 6049  ℂcc 8124  ℝcr 8125  1c1 8127  ici 8128   + caddc 8129   · cmul 8131  -cneg 8444

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-sep 4227  ax-pow 4286  ax-pr 4321  ax-setind 4658  ax-resscn 8218  ax-1cn 8219  ax-icn 8221  ax-addcl 8222  ax-addrcl 8223  ax-mulcl 8224  ax-addcom 8226  ax-mulcom 8227  ax-addass 8228  ax-mulass 8229  ax-distr 8230  ax-i2m1 8231  ax-1rid 8233  ax-0id 8234  ax-rnegex 8235  ax-cnre 8237

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rab 2529  df-v 2814  df-sbc 3042  df-dif 3212  df-un 3214  df-in 3216  df-ss 3223  df-pw 3670  df-sn 3694  df-pr 3695  df-op 3697  df-uni 3914  df-br 4109  df-opab 4171  df-id 4413  df-xp 4754  df-rel 4755  df-cnv 4756  df-co 4757  df-dm 4758  df-iota 5311  df-fun 5353  df-fv 5359  df-riota 6002  df-ov 6052  df-oprab 6053  df-mpo 6054  df-sub 8445  df-neg 8446

This theorem is referenced by:  mulext1  8885