Theorem chordthmlem 26997

Description: If 𝑀 is the midpoint of AB and AQ = BQ, then QMB is a right angle. The proof uses ssscongptld 26987 to observe that, since AMQ and BMQ have equal sides, the angles QMB and QMA must be equal. Since they are supplementary, both must be right angles. (Contributed by David Moews, 28-Feb-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
chordthmlem.angdef	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ (ℂ ∖ {0}), 𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (ℑ‘(log‘(𝑦 / 𝑥))))
chordthmlem.A	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
chordthmlem.B	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
chordthmlem.Q	⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℂ)
chordthmlem.M	⊢ (𝜑 → 𝑀 = ((𝐴 + 𝐵) / 2))
chordthmlem.ABequidistQ	⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐴 − 𝑄)) = (abs‘(𝐵 − 𝑄)))
chordthmlem.AneB	⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 𝐵)
chordthmlem.QneM	⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ 𝑀)

Assertion

Ref	Expression
chordthmlem	⊢ (𝜑 → ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ {(π / 2), -(π / 2)})

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝐵,𝑦   𝑥,𝑀,𝑦   𝑥,𝑄,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦)   𝐹(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem chordthmlem

Step	Hyp	Ref	Expression
1		negpitopissre 26705	. . . . . 6 ⊢ (-π(,]π) ⊆ ℝ
2		chordthmlem.angdef	. . . . . . 7 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ (ℂ ∖ {0}), 𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (ℑ‘(log‘(𝑦 / 𝑥))))
3		chordthmlem.Q	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℂ)
4		chordthmlem.M	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 = ((𝐴 + 𝐵) / 2))
5		chordthmlem.A	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
6		chordthmlem.B	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
7	5, 6	addcld 11223	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 𝐵) ∈ ℂ)
8	7	halfcld 12484	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 + 𝐵) / 2) ∈ ℂ)
9	4, 8	eqeltrd 2863	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
10	3, 9	subcld 11564	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑄 − 𝑀) ∈ ℂ)
11		chordthmlem.QneM	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ 𝑀)
12	3, 9, 11	subne0d 11573	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑄 − 𝑀) ≠ 0)
13	6, 9	subcld 11564	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝑀) ∈ ℂ)
14	4	oveq1d 7425	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → (𝑀 · 2) = (((𝐴 + 𝐵) / 2) · 2))
15	9	times2d 12483	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → (𝑀 · 2) = (𝑀 + 𝑀))
16		2cnd 12314	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
17		2ne0 12342	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ 2 ≠ 0
18	17	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → 2 ≠ 0)
19	7, 16, 18	divcan1d 11987	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → (((𝐴 + 𝐵) / 2) · 2) = (𝐴 + 𝐵))
20	14, 15, 19	3eqtr3d 2806	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (𝑀 + 𝑀) = (𝐴 + 𝐵))
21		chordthmlem.AneB	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 𝐵)
22	5, 6, 6, 21	addneintr2d 11413	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 𝐵) ≠ (𝐵 + 𝐵))
23	20, 22	eqnetrd 3025	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝑀 + 𝑀) ≠ (𝐵 + 𝐵))
24	23	neneqd 2963	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → ¬ (𝑀 + 𝑀) = (𝐵 + 𝐵))
25		oveq12 7419	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑀 = 𝐵 ∧ 𝑀 = 𝐵) → (𝑀 + 𝑀) = (𝐵 + 𝐵))
26	25	anidms 576	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑀 = 𝐵 → (𝑀 + 𝑀) = (𝐵 + 𝐵))
27	24, 26	nsyl 141	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ¬ 𝑀 = 𝐵)
28	27	neqned 2965	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 𝐵)
29	28	necomd 3013	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ≠ 𝑀)
30	6, 9, 29	subne0d 11573	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝑀) ≠ 0)
31	2, 10, 12, 13, 30	angcld 26970	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ (-π(,]π))
32	1, 31	sselid 3935	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ ℝ)
33	32	recnd 11232	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ ℂ)
34	33	coscld 16182	. . 3 ⊢ (𝜑 → (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))) ∈ ℂ)
35	6, 9	negsubdi2d 11580	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → -(𝐵 − 𝑀) = (𝑀 − 𝐵))
36	9, 9, 5, 6	addsubeq4d 11615	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝑀 + 𝑀) = (𝐴 + 𝐵) ↔ (𝐴 − 𝑀) = (𝑀 − 𝐵)))
37	20, 36	mpbid 235	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − 𝑀) = (𝑀 − 𝐵))
38	35, 37	eqtr4d 2801	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → -(𝐵 − 𝑀) = (𝐴 − 𝑀))
39	38	oveq2d 7426	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑄 − 𝑀)𝐹-(𝐵 − 𝑀)) = ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐴 − 𝑀)))
40	39	fveq2d 6885	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹-(𝐵 − 𝑀))) = (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐴 − 𝑀))))
41	2, 10, 12, 13, 30	cosangneg2d 26972	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹-(𝐵 − 𝑀))) = -(cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))))
42	5, 5, 6, 21	addneintrd 11412	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 𝐴) ≠ (𝐴 + 𝐵))
43	42, 20	neeqtrrd 3032	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 𝐴) ≠ (𝑀 + 𝑀))
44	43	necomd 3013	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑀 + 𝑀) ≠ (𝐴 + 𝐴))
45	44	neneqd 2963	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ¬ (𝑀 + 𝑀) = (𝐴 + 𝐴))
46		oveq12 7419	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 = 𝐴 ∧ 𝑀 = 𝐴) → (𝑀 + 𝑀) = (𝐴 + 𝐴))
47	46	anidms 576	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 = 𝐴 → (𝑀 + 𝑀) = (𝐴 + 𝐴))
48	45, 47	nsyl 141	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ¬ 𝑀 = 𝐴)
49	48	neqned 2965	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 𝐴)
50		eqidd 2764	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝑄 − 𝑀)) = (abs‘(𝑄 − 𝑀)))
51	5, 9	subcld 11564	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − 𝑀) ∈ ℂ)
52	51	absnegd 15499	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (abs‘-(𝐴 − 𝑀)) = (abs‘(𝐴 − 𝑀)))
53	5, 9	negsubdi2d 11580	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → -(𝐴 − 𝑀) = (𝑀 − 𝐴))
54	53	fveq2d 6885	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (abs‘-(𝐴 − 𝑀)) = (abs‘(𝑀 − 𝐴)))
55	37	fveq2d 6885	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐴 − 𝑀)) = (abs‘(𝑀 − 𝐵)))
56	52, 54, 55	3eqtr3d 2806	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝑀 − 𝐴)) = (abs‘(𝑀 − 𝐵)))
57		chordthmlem.ABequidistQ	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐴 − 𝑄)) = (abs‘(𝐵 − 𝑄)))
58	2, 3, 9, 5, 3, 9, 6, 11, 49, 11, 28, 50, 56, 57	ssscongptld 26987	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐴 − 𝑀))) = (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))))
59	40, 41, 58	3eqtr3rd 2807	. . 3 ⊢ (𝜑 → (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))) = -(cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))))
60	34, 59	eqnegad 11932	. 2 ⊢ (𝜑 → (cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))) = 0)
61		coseq0negpitopi 26668	. . 3 ⊢ (((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ (-π(,]π) → ((cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))) = 0 ↔ ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ {(π / 2), -(π / 2)}))
62	31, 61	syl 18	. 2 ⊢ (𝜑 → ((cos‘((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀))) = 0 ↔ ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ {(π / 2), -(π / 2)}))
63	60, 62	mpbid 235	1 ⊢ (𝜑 → ((𝑄 − 𝑀)𝐹(𝐵 − 𝑀)) ∈ {(π / 2), -(π / 2)})

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   = wceq 1570   ∈ wcel 2143   ≠ wne 2958   ∖ cdif 3902  {csn 4589  {cpr 4591  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410   ∈ cmpo 7412  ℂcc 11093  ℝcr 11094  0cc0 11095   + caddc 11098   · cmul 11100   − cmin 11436  -cneg 11437   / cdiv 11866  2c2 12290  (,]cioc 13368  ℑcim 15145  abscabs 15281  cosccos 16113  πcpi 16115  logclog 26719

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9606  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173  ax-addf 11174

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-tp 4594  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  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 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-supp 8153  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-er 8690  df-map 8822  df-pm 8823  df-ixp 8892  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fsupp 9318  df-fi 9367  df-sup 9398  df-inf 9399  df-oi 9468  df-card 9921  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-3 12299  df-4 12300  df-5 12301  df-6 12302  df-7 12303  df-8 12304  df-9 12305  df-n0 12500  df-z 12587  df-dec 12707  df-uz 12858  df-q 12968  df-rp 13012  df-xneg 13132  df-xadd 13133  df-xmul 13134  df-ioo 13371  df-ioc 13372  df-ico 13373  df-icc 13374  df-fz 13531  df-fzo 13679  df-fl 13821  df-mod 13899  df-seq 14034  df-exp 14094  df-fac 14306  df-bc 14335  df-hash 14363  df-shft 15100  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283  df-limsup 15518  df-clim 15535  df-rlim 15536  df-sum 15734  df-ef 16116  df-sin 16118  df-cos 16119  df-pi 16121  df-struct 17202  df-sets 17219  df-slot 17237  df-ndx 17249  df-base 17265  df-ress 17286  df-plusg 17318  df-mulr 17319  df-starv 17320  df-sca 17321  df-vsca 17322  df-ip 17323  df-tset 17324  df-ple 17325  df-ds 17327  df-unif 17328  df-hom 17329  df-cco 17330  df-rest 17470  df-topn 17471  df-0g 17489  df-gsum 17490  df-topgen 17491  df-pt 17492  df-prds 17495  df-xrs 17551  df-qtop 17556  df-imas 17557  df-xps 17559  df-mre 17633  df-mrc 17634  df-acs 17636  df-mgm 18693  df-sgrp 18772  df-mnd 18788  df-submnd 18837  df-mulg 19129  df-cntz 19382  df-cmn 19847  df-psmet 21514  df-xmet 21515  df-met 21516  df-bl 21517  df-mopn 21518  df-fbas 21519  df-fg 21520  df-cnfld 21523  df-top 23051  df-topon 23068  df-topsp 23090  df-bases 23103  df-cld 23176  df-ntr 23177  df-cls 23178  df-nei 23255  df-lp 23293  df-perf 23294  df-cn 23384  df-cnp 23385  df-haus 23472  df-tx 23719  df-hmeo 23912  df-fil 24003  df-fm 24095  df-flim 24096  df-flf 24097  df-xms 24477  df-ms 24478  df-tms 24479  df-cncf 25037  df-limc 26025  df-dv 26026  df-log 26721

This theorem is referenced by:  chordthmlem2  26998