Theorem 2sphere 49496

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 9282	. . . 4 ⊢ {1, 2} ∈ Fin
3	1, 2	eqeltri 2857	. . 3 ⊢ 𝐼 ∈ Fin
4		simpl 487	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑀 ∈ 𝑃)
5		elrege0 13480	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
6	5	simplbi 501	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → 𝑅 ∈ ℝ)
7	6	adantl 486	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑅 ∈ ℝ)
8		2sphere.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (ℝ^‘𝐼)
9		2sphere.p	. . . 4 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑m 𝐼)
10		eqid 2761	. . . 4 ⊢ (dist‘𝐸) = (dist‘𝐸)
11		2sphere.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
12	8, 9, 10, 11	rrxsphere 49495	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅})
13	3, 4, 7, 12	mp3an2i 1493	. 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 739	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
17		sqrtsq 15320	. . . . . . 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 2772	. . . . 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 49458	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
21	20	adantl 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
22	1, 9	rrx2pxel 49458	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
23	22	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
24	21, 23	resubcld 11641	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘1) − (𝑀‘1)) ∈ ℝ)
25	24	resqcld 14161	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) ∈ ℝ)
26	1, 9	rrx2pyel 49459	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
27	26	adantl 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
28	1, 9	rrx2pyel 49459	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
29	28	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
30	27, 29	resubcld 11641	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘2) − (𝑀‘2)) ∈ ℝ)
31	30	resqcld 14161	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2) ∈ ℝ)
32	25, 31	readdcld 11237	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ)
33	24	sqge0d 14173	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2))
34	30	sqge0d 14173	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))
35	25, 31, 33, 34	addge0d 11789	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)))
36	32, 35	jca 520	. . . . . . 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 727	. . . . . 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 14160	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → (𝑅↑2) ∈ ℝ)
39		sqge0 14172	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → 0 ≤ (𝑅↑2))
40	38, 39	jca 520	. . . . . . . 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 739	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
43		sqrt11 15313	. . . . . 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 595	. . . . 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 627	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝 ∈ 𝑃 ∧ 𝑀 ∈ 𝑃))
46		2nn0 12520	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℕ0
47		eqid 2761	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝔼hil‘2) = (𝔼hil‘2)
48	47	ehlval 25552	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℕ0 → (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2)))
49	46, 48	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2))
50		fz12pr 13609	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (1...2) = {1, 2}
51	50, 1	eqtr4i 2787	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1...2) = 𝐼
52	51	fveq2i 6884	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (ℝ^‘(1...2)) = (ℝ^‘𝐼)
53	49, 52	eqtri 2784	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘𝐼)
54	8, 53	eqtr4i 2787	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐸 = (𝔼hil‘2)
55	1	oveq2i 7421	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℝ ↑m 𝐼) = (ℝ ↑m {1, 2})
56	9, 55	eqtri 2784	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑m {1, 2})
57	54, 56, 10	ehl2eudisval 25561	. . . . . . . 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 2767	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (𝑝(dist‘𝐸)𝑀))
60	59	eqeq1d 2763	. . . . 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 3420	. . 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 2809	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅} = 𝐶)
64	13, 63	eqtrd 2796	1 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = 𝐶)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1568   ∈ wcel 2141  {crab 3414  {cpr 4590   class class class wbr 5108  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410   ↑_m cmap 8823  Fincfn 8942  ℝcr 11098  0cc0 11099  1c1 11100   + caddc 11102  +∞cpnf 11239   ≤ cle 11243   − cmin 11440  2c2 12294  ℕ₀cn0 12503  [,)cico 13373  ...cfz 13534  ↑cexp 14097  √csqrt 15284  distcds 17318  ℝ^crrx 25521  𝔼_hilcehl 25522  Spherecsph 49475

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1823  ax-4 1837  ax-5 1938  ax-6 1995  ax-7 2036  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-rep 5237  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9609  ax-cnex 11155  ax-resscn 11156  ax-1cn 11157  ax-icn 11158  ax-addcl 11159  ax-addrcl 11160  ax-mulcl 11161  ax-mulrcl 11162  ax-mulcom 11163  ax-addass 11164  ax-mulass 11165  ax-distr 11166  ax-i2m1 11167  ax-1ne0 11168  ax-1rid 11169  ax-rnegex 11170  ax-rrecex 11171  ax-cnre 11172  ax-pre-lttri 11173  ax-pre-lttrn 11174  ax-pre-ltadd 11175  ax-pre-mulgt0 11176  ax-pre-sup 11177  ax-addf 11178  ax-mulf 11179

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1571  df-fal 1581  df-ex 1808  df-nf 1812  df-sb 2095  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4595  df-uni 4872  df-int 4912  df-iun 4957  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-of 7674  df-om 7862  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-supp 8156  df-tpos 8221  df-frecs 8277  df-wrecs 8308  df-recs 8357  df-rdg 8396  df-1o 8452  df-2o 8453  df-er 8693  df-map 8825  df-ixp 8895  df-en 8943  df-dom 8944  df-sdom 8945  df-fin 8946  df-fsupp 9321  df-sup 9401  df-oi 9471  df-card 9924  df-pnf 11244  df-mnf 11245  df-xr 11246  df-ltxr 11247  df-le 11248  df-sub 11442  df-neg 11443  df-div 11871  df-nn 12233  df-2 12302  df-3 12303  df-4 12304  df-5 12305  df-6 12306  df-7 12307  df-8 12308  df-9 12309  df-n0 12504  df-z 12591  df-dec 12711  df-uz 12862  df-rp 13016  df-xneg 13136  df-xadd 13137  df-xmul 13138  df-ico 13377  df-icc 13378  df-fz 13535  df-fzo 13683  df-seq 14038  df-exp 14098  df-hash 14367  df-cj 15150  df-re 15151  df-im 15152  df-sqrt 15286  df-abs 15287  df-clim 15539  df-sum 15738  df-struct 17206  df-sets 17223  df-slot 17241  df-ndx 17253  df-base 17269  df-ress 17290  df-plusg 17322  df-mulr 17323  df-starv 17324  df-sca 17325  df-vsca 17326  df-ip 17327  df-tset 17328  df-ple 17329  df-ds 17331  df-unif 17332  df-hom 17333  df-cco 17334  df-0g 17493  df-gsum 17494  df-prds 17499  df-pws 17501  df-mgm 18697  df-sgrp 18776  df-mnd 18792  df-mhm 18840  df-grp 19002  df-minusg 19003  df-sbg 19004  df-subg 19188  df-ghm 19283  df-cntz 19386  df-cmn 19851  df-abl 19852  df-mgp 20216  df-rng 20230  df-ur 20263  df-ring 20316  df-cring 20317  df-oppr 20418  df-dvdsr 20438  df-unit 20439  df-invr 20469  df-dvr 20482  df-rhm 20553  df-subrng 20630  df-subrg 20654  df-drng 20814  df-field 20815  df-staf 20921  df-srng 20922  df-lmod 20962  df-lss 21032  df-sra 21273  df-rgmod 21274  df-xmet 21494  df-met 21495  df-cnfld 21502  df-refld 21734  df-dsmm 21861  df-frlm 21876  df-nm 24718  df-tng 24720  df-tcph 25307  df-rrx 25523  df-ehl 25524  df-sph 49477

This theorem is referenced by:  2sphere0  49497