Theorem 2sphere 49380

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 9271	. . . 4 ⊢ {1, 2} ∈ Fin
3	1, 2	eqeltri 2861	. . 3 ⊢ 𝐼 ∈ Fin
4		simpl 487	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑀 ∈ 𝑃)
5		elrege0 13472	. . . . 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 2765	. . . 4 ⊢ (dist‘𝐸) = (dist‘𝐸)
11		2sphere.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
12	8, 9, 10, 11	rrxsphere 49379	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅})
13	3, 4, 7, 12	mp3an2i 1490	. 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 15310	. . . . . . 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 2776	. . . . 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 49342	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
21	20	adantl 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘1) ∈ ℝ)
22	1, 9	rrx2pxel 49342	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
23	22	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘1) ∈ ℝ)
24	21, 23	resubcld 11630	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘1) − (𝑀‘1)) ∈ ℝ)
25	24	resqcld 14152	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) ∈ ℝ)
26	1, 9	rrx2pyel 49343	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑃 → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
27	26	adantl 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑝‘2) ∈ ℝ)
28	1, 9	rrx2pyel 49343	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ 𝑃 → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
29	28	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (𝑀‘2) ∈ ℝ)
30	27, 29	resubcld 11630	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝‘2) − (𝑀‘2)) ∈ ℝ)
31	30	resqcld 14152	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2) ∈ ℝ)
32	25, 31	readdcld 11226	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2)) ∈ ℝ)
33	24	sqge0d 14164	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2))
34	30	sqge0d 14164	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))
35	25, 31, 33, 34	addge0d 11778	. . . . . . . 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 14151	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ ℝ → (𝑅↑2) ∈ ℝ)
39		sqge0 14163	. . . . . . . . 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 15303	. . . . . 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 12512	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℕ0
47		eqid 2765	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝔼hil‘2) = (𝔼hil‘2)
48	47	ehlval 25534	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℕ0 → (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2)))
49	46, 48	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘(1...2))
50		fz12pr 13600	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (1...2) = {1, 2}
51	50, 1	eqtr4i 2791	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1...2) = 𝐼
52	51	fveq2i 6874	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (ℝ^‘(1...2)) = (ℝ^‘𝐼)
53	49, 52	eqtri 2788	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝔼hil‘2) = (ℝ^‘𝐼)
54	8, 53	eqtr4i 2791	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐸 = (𝔼hil‘2)
55	1	oveq2i 7411	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℝ ↑m 𝐼) = (ℝ ↑m {1, 2})
56	9, 55	eqtri 2788	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 = (ℝ ↑m {1, 2})
57	54, 56, 10	ehl2eudisval 25543	. . . . . . . 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 2771	. . . . . 6 ⊢ (((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (√‘((((𝑝‘1) − (𝑀‘1))↑2) + (((𝑝‘2) − (𝑀‘2))↑2))) = (𝑝(dist‘𝐸)𝑀))
60	59	eqeq1d 2767	. . . . 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 3423	. . 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 2813	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝(dist‘𝐸)𝑀) = 𝑅} = 𝐶)
64	13, 63	eqtrd 2800	1 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = 𝐶)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1563   ∈ wcel 2145  {crab 3417  {cpr 4587   class class class wbr 5105  ‘cfv 6525  (class class class)co 7400   ↑_m cmap 8812  Fincfn 8931  ℝcr 11087  0cc0 11088  1c1 11089   + caddc 11091  +∞cpnf 11228   ≤ cle 11232   − cmin 11429  2c2 12286  ℕ₀cn0 12495  [,)cico 13365  ...cfz 13526  ↑cexp 14088  √csqrt 15274  distcds 17309  ℝ^crrx 25503  𝔼_hilcehl 25504  Spherecsph 49359

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1818  ax-4 1832  ax-5 1933  ax-6 1990  ax-7 2031  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2737  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5327  ax-pr 5395  ax-un 7722  ax-inf2 9598  ax-cnex 11144  ax-resscn 11145  ax-1cn 11146  ax-icn 11147  ax-addcl 11148  ax-addrcl 11149  ax-mulcl 11150  ax-mulrcl 11151  ax-mulcom 11152  ax-addass 11153  ax-mulass 11154  ax-distr 11155  ax-i2m1 11156  ax-1ne0 11157  ax-1rid 11158  ax-rnegex 11159  ax-rrecex 11160  ax-cnre 11161  ax-pre-lttri 11162  ax-pre-lttrn 11163  ax-pre-ltadd 11164  ax-pre-mulgt0 11165  ax-pre-sup 11166  ax-addf 11167  ax-mulf 11168

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1566  df-fal 1576  df-ex 1803  df-nf 1807  df-sb 2094  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3418  df-v 3459  df-sbc 3748  df-csb 3856  df-dif 3910  df-un 3912  df-in 3914  df-ss 3924  df-pss 3927  df-nul 4289  df-if 4484  df-pw 4560  df-sn 4586  df-pr 4588  df-tp 4590  df-op 4592  df-uni 4869  df-int 4909  df-iun 4954  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5547  df-eprel 5552  df-po 5560  df-so 5561  df-fr 5605  df-se 5606  df-we 5607  df-xp 5658  df-rel 5659  df-cnv 5660  df-co 5661  df-dm 5662  df-rn 5663  df-res 5664  df-ima 5665  df-pred 6292  df-ord 6353  df-on 6354  df-lim 6355  df-suc 6356  df-iota 6481  df-fun 6527  df-fn 6528  df-f 6529  df-f1 6530  df-fo 6531  df-f1o 6532  df-fv 6533  df-isom 6534  df-riota 7357  df-ov 7403  df-oprab 7404  df-mpo 7405  df-of 7664  df-om 7851  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-supp 8145  df-tpos 8210  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8346  df-rdg 8385  df-1o 8441  df-2o 8442  df-er 8682  df-map 8814  df-ixp 8884  df-en 8932  df-dom 8933  df-sdom 8934  df-fin 8935  df-fsupp 9310  df-sup 9390  df-oi 9460  df-card 9913  df-pnf 11233  df-mnf 11234  df-xr 11235  df-ltxr 11236  df-le 11237  df-sub 11431  df-neg 11432  df-div 11860  df-nn 12225  df-2 12294  df-3 12295  df-4 12296  df-5 12297  df-6 12298  df-7 12299  df-8 12300  df-9 12301  df-n0 12496  df-z 12583  df-dec 12703  df-uz 12854  df-rp 13008  df-xneg 13128  df-xadd 13129  df-xmul 13130  df-ico 13369  df-icc 13370  df-fz 13527  df-fzo 13674  df-seq 14029  df-exp 14089  df-hash 14358  df-cj 15140  df-re 15141  df-im 15142  df-sqrt 15276  df-abs 15277  df-clim 15529  df-sum 15728  df-struct 17197  df-sets 17214  df-slot 17232  df-ndx 17244  df-base 17260  df-ress 17281  df-plusg 17313  df-mulr 17314  df-starv 17315  df-sca 17316  df-vsca 17317  df-ip 17318  df-tset 17319  df-ple 17320  df-ds 17322  df-unif 17323  df-hom 17324  df-cco 17325  df-0g 17484  df-gsum 17485  df-prds 17490  df-pws 17492  df-mgm 18688  df-sgrp 18767  df-mnd 18783  df-mhm 18831  df-grp 18993  df-minusg 18994  df-sbg 18995  df-subg 19180  df-ghm 19275  df-cntz 19378  df-cmn 19843  df-abl 19844  df-mgp 20208  df-rng 20222  df-ur 20255  df-ring 20308  df-cring 20309  df-oppr 20410  df-dvdsr 20430  df-unit 20431  df-invr 20461  df-dvr 20474  df-rhm 20545  df-subrng 20622  df-subrg 20646  df-drng 20806  df-field 20807  df-staf 20911  df-srng 20912  df-lmod 20952  df-lss 21022  df-sra 21263  df-rgmod 21264  df-xmet 21475  df-met 21476  df-cnfld 21483  df-refld 21715  df-dsmm 21842  df-frlm 21857  df-nm 24700  df-tng 24702  df-tcph 25289  df-rrx 25505  df-ehl 25506  df-sph 49361

This theorem is referenced by:  2sphere0  49381