Theorem 2sphere 43311

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 8510	. . . 4 ⊢ {1, 2} ∈ Fin
3	1, 2	eqeltri 2902	. . 3 ⊢ 𝐼 ∈ Fin
4		simpl 476	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑀 ∈ 𝑃)
5		elrege0 12575	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
6	5	simplbi 493	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → 𝑅 ∈ ℝ)
7	6	adantl 475	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑅 ∈ ℝ)
8		2sphere.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (ℝ^‘𝐼)
9		2sphere.p	. . . 4 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑𝑚 𝐼)
10		eqid 2825	. . . 4 ⊢ (dist‘𝐸) = (dist‘𝐸)
11		2sphere.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
12	8, 9, 10, 11	rrxsphere 43310	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅})
13	3, 4, 7, 12	mp3an2i 1594	. 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 208	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
16	15	ad2antlr 718	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅))
17		sqrtsq 14394	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑅) → (√‘(𝑅↑2)) = 𝑅)
18	16, 17	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (√‘(𝑅↑2)) = 𝑅)
19	18	eqeq2d 2835	. . . . 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 42271	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
21	20	adantl 475	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
22	1, 9	rrx2pxel 42271	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
23	22	adantr 474	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
24	21, 23	resubcld 10789	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘1) − (𝑀‘1)) ∈ ℝ)
25	24	resqcld 13338	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) ∈ ℝ)
26	1, 9	rrx2pyel 42272	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
27	26	adantl 475	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
28	1, 9	rrx2pyel 42272	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
29	28	adantr 474	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
30	27, 29	resubcld 10789	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘2) − (𝑀‘2)) ∈ ℝ)
31	30	resqcld 13338	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2) ∈ ℝ)
32	25, 31	readdcld 10393	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ)
33	24	sqge0d 13339	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2))
34	30	sqge0d 13339	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))
35	25, 31, 33, 34	addge0d 10935	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)))
36	32, 35	jca 507	. . . . . . 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 706	. . . . . 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 13232	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → (𝑅↑2) ∈ ℝ)
39		sqge0 13241	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → 0 ≤ (𝑅↑2))
40	38, 39	jca 507	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
41	6, 40	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ (0[,)+∞) → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
42	41	ad2antlr 718	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑅↑2) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (𝑅↑2)))
43		sqrt11 14387	. . . . . 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 579	. . . . 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 609	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝 ∈ 𝑃 ∧ 𝑀 ∈ 𝑃))
46		2nn0 11644	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℕ0
47		eqid 2825	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝔼hil‘2) = (𝔼hil‘2)
48	47	ehlval 23589	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℕ0 → (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2)))
49	46, 48	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2))
50		fz12pr 12698	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (1...2) = {1, 2}
51	50, 1	eqtr4i 2852	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1...2) = 𝐼
52	51	fveq2i 6440	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (ℝ^‘(1...2)) = (ℝ^‘𝐼)
53	49, 52	eqtri 2849	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘𝐼)
54	8, 53	eqtr4i 2852	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐸 = (𝔼hil‘2)
55	1	oveq2i 6921	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℝ ↑𝑚 𝐼) = (ℝ ↑𝑚 {1, 2})
56	9, 55	eqtri 2849	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑𝑚 {1, 2})
57	54, 56, 10	ehl2eudisval 23598	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑝 ∈ 𝑃 ∧ 𝑀 ∈ 𝑃) → (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))))
58	45, 57	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))))
59	58	eqcomd 2831	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (𝑝(dist‘𝐸)𝑀))
60	59	eqeq1d 2827	. . . . 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 301	. . . 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 3401	. . 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	syl5req 2874	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅} = 𝐶)
64	13, 63	eqtrd 2861	1 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = 𝐶)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 386   = wceq 1656   ∈ wcel 2164  {crab 3121  {cpr 4401   class class class wbr 4875  ‘cfv 6127  (class class class)co 6910   ↑_𝑚 cmap 8127  Fincfn 8228  ℝcr 10258  0cc0 10259  1c1 10260   + caddc 10262  +∞cpnf 10395   ≤ cle 10399   − cmin 10592  2c2 11413  ℕ₀cn0 11625  [,)cico 12472  ...cfz 12626  ↑cexp 13161  √csqrt 14357  distcds 16321  ℝ^crrx 23558  𝔼_hilcehl 23559  Spherecsph 43292

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1894  ax-4 1908  ax-5 2009  ax-6 2075  ax-7 2112  ax-8 2166  ax-9 2173  ax-10 2192  ax-11 2207  ax-12 2220  ax-13 2389  ax-ext 2803  ax-rep 4996  ax-sep 5007  ax-nul 5015  ax-pow 5067  ax-pr 5129  ax-un 7214  ax-inf2 8822  ax-cnex 10315  ax-resscn 10316  ax-1cn 10317  ax-icn 10318  ax-addcl 10319  ax-addrcl 10320  ax-mulcl 10321  ax-mulrcl 10322  ax-mulcom 10323  ax-addass 10324  ax-mulass 10325  ax-distr 10326  ax-i2m1 10327  ax-1ne0 10328  ax-1rid 10329  ax-rnegex 10330  ax-rrecex 10331  ax-cnre 10332  ax-pre-lttri 10333  ax-pre-lttrn 10334  ax-pre-ltadd 10335  ax-pre-mulgt0 10336  ax-pre-sup 10337  ax-addf 10338  ax-mulf 10339

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 879  df-3or 1112  df-3an 1113  df-tru 1660  df-fal 1670  df-ex 1879  df-nf 1883  df-sb 2068  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4147  df-if 4309  df-pw 4382  df-sn 4400  df-pr 4402  df-tp 4404  df-op 4406  df-uni 4661  df-int 4700  df-iun 4744  df-br 4876  df-opab 4938  df-mpt 4955  df-tr 4978  df-id 5252  df-eprel 5257  df-po 5265  df-so 5266  df-fr 5305  df-se 5306  df-we 5307  df-xp 5352  df-rel 5353  df-cnv 5354  df-co 5355  df-dm 5356  df-rn 5357  df-res 5358  df-ima 5359  df-pred 5924  df-ord 5970  df-on 5971  df-lim 5972  df-suc 5973  df-iota 6090  df-fun 6129  df-fn 6130  df-f 6131  df-f1 6132  df-fo 6133  df-f1o 6134  df-fv 6135  df-isom 6136  df-riota 6871  df-ov 6913  df-oprab 6914  df-mpt2 6915  df-of 7162  df-om 7332  df-1st 7433  df-2nd 7434  df-supp 7565  df-tpos 7622  df-wrecs 7677  df-recs 7739  df-rdg 7777  df-1o 7831  df-oadd 7835  df-er 8014  df-map 8129  df-ixp 8182  df-en 8229  df-dom 8230  df-sdom 8231  df-fin 8232  df-fsupp 8551  df-sup 8623  df-oi 8691  df-card 9085  df-pnf 10400  df-mnf 10401  df-xr 10402  df-ltxr 10403  df-le 10404  df-sub 10594  df-neg 10595  df-div 11017  df-nn 11358  df-2 11421  df-3 11422  df-4 11423  df-5 11424  df-6 11425  df-7 11426  df-8 11427  df-9 11428  df-n0 11626  df-z 11712  df-dec 11829  df-uz 11976  df-rp 12120  df-xneg 12239  df-xadd 12240  df-xmul 12241  df-ico 12476  df-icc 12477  df-fz 12627  df-fzo 12768  df-seq 13103  df-exp 13162  df-hash 13418  df-cj 14223  df-re 14224  df-im 14225  df-sqrt 14359  df-abs 14360  df-clim 14603  df-sum 14801  df-struct 16231  df-ndx 16232  df-slot 16233  df-base 16235  df-sets 16236  df-ress 16237  df-plusg 16325  df-mulr 16326  df-starv 16327  df-sca 16328  df-vsca 16329  df-ip 16330  df-tset 16331  df-ple 16332  df-ds 16334  df-unif 16335  df-hom 16336  df-cco 16337  df-0g 16462  df-gsum 16463  df-prds 16468  df-pws 16470  df-mgm 17602  df-sgrp 17644  df-mnd 17655  df-mhm 17695  df-grp 17786  df-minusg 17787  df-sbg 17788  df-subg 17949  df-ghm 18016  df-cntz 18107  df-cmn 18555  df-abl 18556  df-mgp 18851  df-ur 18863  df-ring 18910  df-cring 18911  df-oppr 18984  df-dvdsr 19002  df-unit 19003  df-invr 19033  df-dvr 19044  df-rnghom 19078  df-drng 19112  df-field 19113  df-subrg 19141  df-staf 19208  df-srng 19209  df-lmod 19228  df-lss 19296  df-sra 19540  df-rgmod 19541  df-xmet 20106  df-met 20107  df-cnfld 20114  df-refld 20319  df-dsmm 20446  df-frlm 20461  df-nm 22764  df-tng 22766  df-tcph 23345  df-rrx 23560  df-ehl 23561  df-sph 43294

This theorem is referenced by:  2sphere0  43312