Theorem 2sphere 49783

Description: The sphere with center 𝑀 and radius 𝑅 in a two dimensional Euclidean space is a circle. (Contributed by AV, 5-Feb-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
2sphere.i	⊢ 𝐼 = {1, 2}
2sphere.e	⊢ 𝐸 = (ℝ^‘𝐼)
2sphere.p	⊢ 𝑃 = (ℝ ↑m 𝐼)
2sphere.s	⊢ 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
2sphere.c	⊢ 𝐶 = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) = (𝑅↑2)}

Assertion

Ref	Expression
2sphere	⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = 𝐶)

Distinct variable groups:   𝐸,𝑝   𝐼,𝑝   𝑀,𝑝   𝑃,𝑝   𝑅,𝑝

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑝)   𝑆(𝑝)

Proof of Theorem 2sphere

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sphere.i	. . . 4 ⊢ 𝐼 = {1, 2}
2		prfi 9293	. . . 4 ⊢ {1, 2} ∈ Fin
3	1, 2	eqeltri 2856	. . 3 ⊢ 𝐼 ∈ Fin
4		simpl 488	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑀 ∈ 𝑃)
5		elrege0 13555	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
6	5	simplbi 502	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → 𝑅 ∈ ℝ)
7	6	adantl 487	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑅 ∈ ℝ)
8		2sphere.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (ℝ^‘𝐼)
9		2sphere.p	. . . 4 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑m 𝐼)
10		eqid 2760	. . . 4 ⊢ (dist‘𝐸) = (dist‘𝐸)
11		2sphere.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
12	8, 9, 10, 11	rrxsphere 49782	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅})
13	3, 4, 7, 12	mp3an2i 1495	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅})
14		2sphere.c	. . 3 ⊢ 𝐶 = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) = (𝑅↑2)}
15	5	biimpi 219	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
16	15	ad2antlr 740	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
17		sqrtsq 15404	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅) → (√‘(𝑅↑2)) = 𝑅)
18	16, 17	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (√‘(𝑅↑2)) = 𝑅)
19	18	eqeq2d 2771	. . . . 5 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (√‘(𝑅↑2)) ↔ (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = 𝑅))
20	1, 9	rrx2pxel 49745	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
21	20	adantl 487	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
22	1, 9	rrx2pxel 49745	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
23	22	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
24	21, 23	resubcld 11714	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘1) − (𝑀‘1)) ∈ ℝ)
25	24	resqcld 14237	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) ∈ ℝ)
26	1, 9	rrx2pyel 49746	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
27	26	adantl 487	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
28	1, 9	rrx2pyel 49746	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
29	28	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
30	27, 29	resubcld 11714	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘2) − (𝑀‘2)) ∈ ℝ)
31	30	resqcld 14237	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2) ∈ ℝ)
32	25, 31	readdcld 11310	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ)
33	24	sqge0d 14249	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2))
34	30	sqge0d 14249	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))
35	25, 31, 33, 34	addge0d 11862	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)))
36	32, 35	jca 521	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))))
37	36	adantlr 728	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))))
38		resqcl 14236	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → (𝑅↑2) ∈ ℝ)
39		sqge0 14248	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → 0 ≤ (𝑅↑2))
40	38, 39	jca 521	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
41	6, 40	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
42	41	ad2antlr 740	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
43		sqrt11 15397	. . . . . 6 ⊢ (((((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) ∧ ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2))) → ((√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (√‘(𝑅↑2)) ↔ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) = (𝑅↑2)))
44	37, 42, 43	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (√‘(𝑅↑2)) ↔ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) = (𝑅↑2)))
45	4	anim1ci 628	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝 ∈ 𝑃 ∧ 𝑀 ∈ 𝑃))
46		2nn0 12593	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℕ0
47		eqid 2760	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝔼hil‘2) = (𝔼hil‘2)
48	47	ehlval 25697	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℕ0 → (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2)))
49	46, 48	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2))
50		fz12pr 13684	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (1...2) = {1, 2}
51	50, 1	eqtr4i 2786	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1...2) = 𝐼
52	51	fveq2i 6876	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (ℝ^‘(1...2)) = (ℝ^‘𝐼)
53	49, 52	eqtri 2783	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘𝐼)
54	8, 53	eqtr4i 2786	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐸 = (𝔼hil‘2)
55	1	oveq2i 7419	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℝ ↑m 𝐼) = (ℝ ↑m {1, 2})
56	9, 55	eqtri 2783	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑m {1, 2})
57	54, 56, 10	ehl2eudisval 25706	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑝 ∈ 𝑃 ∧ 𝑀 ∈ 𝑃) → (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))))
58	45, 57	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))))
59	58	eqcomd 2766	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (𝑝(dist‘𝐸)𝑀))
60	59	eqeq1d 2762	. . . . 5 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = 𝑅 ↔ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅))
61	19, 44, 60	3bitr3d 312	. . . 4 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) = (𝑅↑2) ↔ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅))
62	61	rabbidva 3418	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) = (𝑅↑2)} = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅})
63	14, 62	eqtr2id 2808	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅} = 𝐶)
64	13, 63	eqtrd 2795	1 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = 𝐶)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  {crab 3412  {cpr 4585   class class class wbr 5102  ‘cfv 6527  (class class class)co 7408   ↑_m cmap 8825  Fincfn 8951  ℝcr 11171  0cc0 11172  1c1 11173   + caddc 11175  +∞cpnf 11312   ≤ cle 11316   − cmin 11513  2c2 12367  ℕ₀cn0 12576  [,)cico 13448  ...cfz 13609  ↑cexp 14173  √csqrt 15368  distcds 17399  ℝ^crrx 25666  𝔼_hilcehl 25667  Spherecsph 49762

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7734  ax-inf2 9620  ax-cnex 11228  ax-resscn 11229  ax-1cn 11230  ax-icn 11231  ax-addcl 11232  ax-addrcl 11233  ax-mulcl 11234  ax-mulrcl 11235  ax-mulcom 11236  ax-addass 11237  ax-mulass 11238  ax-distr 11239  ax-i2m1 11240  ax-1ne0 11241  ax-1rid 11242  ax-rnegex 11243  ax-rrecex 11244  ax-cnre 11245  ax-pre-lttri 11246  ax-pre-lttrn 11247  ax-pre-ltadd 11248  ax-pre-mulgt0 11249  ax-pre-sup 11250  ax-addf 11251  ax-mulf 11252

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-pss 3918  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-tp 4588  df-op 4590  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5542  df-eprel 5547  df-po 5555  df-so 5556  df-fr 5600  df-se 5601  df-we 5602  df-xp 5653  df-rel 5654  df-cnv 5655  df-co 5656  df-dm 5657  df-rn 5658  df-res 5659  df-ima 5660  df-pred 6293  df-ord 6354  df-on 6355  df-lim 6356  df-suc 6357  df-iota 6483  df-fun 6529  df-fn 6530  df-f 6531  df-f1 6532  df-fo 6533  df-f1o 6534  df-fv 6535  df-isom 6536  df-riota 7365  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-of 7676  df-om 7861  df-1st 7984  df-2nd 7985  df-supp 8156  df-tpos 8221  df-frecs 8277  df-wrecs 8308  df-recs 8357  df-rdg 8396  df-1o 8454  df-2o 8455  df-er 8695  df-map 8827  df-ixp 8904  df-en 8952  df-dom 8953  df-sdom 8954  df-fin 8955  df-fsupp 9332  df-sup 9412  df-oi 9482  df-card 9992  df-pnf 11317  df-mnf 11318  df-xr 11319  df-ltxr 11320  df-le 11321  df-sub 11515  df-neg 11516  df-div 11944  df-nn 12306  df-2 12375  df-3 12376  df-4 12377  df-5 12378  df-6 12379  df-7 12380  df-8 12381  df-9 12382  df-n0 12577  df-z 12664  df-dec 12785  df-uz 12936  df-rp 13091  df-xneg 13211  df-xadd 13212  df-xmul 13213  df-ico 13452  df-icc 13453  df-fz 13610  df-fzo 13758  df-seq 14114  df-exp 14174  df-hash 14443  df-cj 15234  df-re 15235  df-im 15236  df-sqrt 15370  df-abs 15371  df-clim 15623  df-sum 15822  df-struct 17287  df-sets 17304  df-slot 17322  df-ndx 17334  df-base 17350  df-ress 17371  df-plusg 17403  df-mulr 17404  df-starv 17405  df-sca 17406  df-vsca 17407  df-ip 17408  df-tset 17409  df-ple 17410  df-ds 17412  df-unif 17413  df-hom 17414  df-cco 17415  df-0g 17574  df-gsum 17575  df-prds 17580  df-pws 17582  df-mgm 18778  df-sgrp 18870  df-mnd 18886  df-mhm 18940  df-grp 19109  df-minusg 19110  df-sbg 19111  df-subg 19295  df-ghm 19390  df-cntz 19493  df-cmn 19958  df-abl 19959  df-mgp 20323  df-rng 20337  df-ur 20370  df-ring 20423  df-cring 20424  df-oppr 20529  df-dvdsr 20549  df-unit 20550  df-invr 20580  df-dvr 20593  df-rhm 20664  df-subrng 20760  df-subrg 20784  df-drng 20944  df-field 20945  df-staf 21058  df-srng 21059  df-lmod 21099  df-lss 21169  df-sra 21410  df-rgmod 21411  df-xmet 21633  df-met 21634  df-cnfld 21641  df-refld 21873  df-dsmm 22000  df-frlm 22015  df-nm 24863  df-tng 24865  df-tcph 25452  df-rrx 25668  df-ehl 25669  df-sph 49764

This theorem is used by:  2sphere0  49784