MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  colperpex Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem colperpex 29242
Description: In dimension 2 and above, on a line (𝐴𝐿𝐵) there is always a perpendicular 𝑃 from 𝐴 on a given plane (here given by 𝐶, in case 𝐶 does not lie on the line). Theorem 8.21 of [Schwabhauser] p. 63. (Contributed by Thierry Arnoux, 20-Nov-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
colperpex.p 𝑃 = (Base‘𝐺)
colperpex.d − = (dist‘𝐺)
colperpex.i 𝐼 = (Itv‘𝐺)
colperpex.l 𝐿 = (LineG‘𝐺)
colperpex.g (𝜑 → 𝐺 ∈ TarskiG)
colperpex.1 (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑃)
colperpex.2 (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝑃)
colperpex.3 (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑃)
colperpex.4 (𝜑 → 𝐴 ≠ 𝐵)
colperpex.5 (𝜑 → 𝐺DimTarskiG≥2)
Assertion
Ref Expression
colperpex (𝜑 → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
Distinct variable groups:   − ,𝑝,𝑡   𝐴,𝑝,𝑡   𝐵,𝑝,𝑡   𝐶,𝑝,𝑡   𝐺,𝑝,𝑡   𝐼,𝑝,𝑡   𝐿,𝑝,𝑡   𝑃,𝑝,𝑡   𝜑,𝑝,𝑡

Proof of Theorem colperpex
Dummy variables 𝑠 𝑑 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 colperpex.p . . . . 5 𝑃 = (Base‘𝐺)
2 colperpex.d . . . . 5 − = (dist‘𝐺)
3 colperpex.i . . . . 5 𝐼 = (Itv‘𝐺)
4 colperpex.l . . . . 5 𝐿 = (LineG‘𝐺)
5 colperpex.g . . . . . 6 (𝜑 → 𝐺 ∈ TarskiG)
65ad3antrrr 743 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
7 colperpex.1 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑃)
87ad3antrrr 743 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴 ∈ 𝑃)
9 colperpex.2 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝑃)
109ad3antrrr 743 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐵 ∈ 𝑃)
11 simplr 781 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝑑 ∈ 𝑃)
12 colperpex.4 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐴 ≠ 𝐵)
1312ad3antrrr 743 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴 ≠ 𝐵)
14 simpr 490 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
151, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 11, 13, 14colperpexlem3 29241 . . . 4 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝))))
16 simprl 783 . . . . . . 7 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → (𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵))
17 colperpex.3 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑃)
1817ad5antr 747 . . . . . . . 8 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐶 ∈ 𝑃)
19 simp-5r 798 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
2019orcd 887 . . . . . . . 8 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵))
215ad5antr 747 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐺 ∈ TarskiG)
22 simplr 781 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝑝 ∈ 𝑃)
231, 2, 3, 21, 18, 22tgbtwntriv1 28987 . . . . . . . 8 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝))
24 eleq1 2852 . . . . . . . . . . 11 (𝑡 = 𝐶 → (𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ↔ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
2524orbi1d 930 . . . . . . . . . 10 (𝑡 = 𝐶 → ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ↔ (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵)))
26 eleq1 2852 . . . . . . . . . 10 (𝑡 = 𝐶 → (𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝) ↔ 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))
2725, 26anbi12d 644 . . . . . . . . 9 (𝑡 = 𝐶 → (((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)) ↔ ((𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
2827rspcev 3580 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ 𝑃 ∧ ((𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝))) → ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))
2918, 20, 23, 28syl12anc 850 . . . . . . 7 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))
3016, 29jca 521 . . . . . 6 ((((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
3130ex 418 . . . . 5 (((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝))) → ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))))
3231reximdva 3179 . . . 4 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → (∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠 ∈ 𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝))) → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))))
3315, 32mpd 16 . . 3 ((((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑 ∈ 𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
345adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
35 colperpex.5 . . . . 5 (𝜑 → 𝐺DimTarskiG≥2)
3635adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺DimTarskiG≥2)
377adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴 ∈ 𝑃)
389adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐵 ∈ 𝑃)
3912adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴 ≠ 𝐵)
401, 3, 4, 34, 36, 37, 38, 39tglowdim2ln 29153 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑑 ∈ 𝑃 ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
4133, 40r19.29a 3174 . 2 ((𝜑 ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
425adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
437adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴 ∈ 𝑃)
449adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐵 ∈ 𝑃)
4517adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐶 ∈ 𝑃)
4612adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴 ≠ 𝐵)
47 simpr 490 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
481, 2, 3, 4, 42, 43, 44, 45, 46, 47colperpexlem3 29241 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
4941, 48pm2.61dan 825 1 (𝜑 → ∃𝑝 ∈ 𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡 ∈ 𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   ∨ wo 861   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∃wrex 3090   class class class wbr 5106  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446  2c2 12427  Basecbs 17419  distcds 17469  TarskiGcstrkg 28922  DimTarskiG≥cstrkgld 28926  Itvcitv 28928  LineGclng 28929  ⟂Gcperpg 29203
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-oadd 8511  df-er 8748  df-map 8880  df-pm 8881  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-dju 10012  df-card 10050  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-n0 12637  df-xnn0 12710  df-z 12724  df-uz 12996  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-hash 14505  df-word 14689  df-concat 14746  df-s1 14773  df-s2 15030  df-s3 15031  df-trkgc 28943  df-trkgb 28944  df-trkgcb 28945  df-trkgld 28947  df-trkg 28948  df-cgrg 29007  df-leg 29079  df-mir 29158  df-rag 29202  df-perpg 29204
This theorem is used by:  midex  29246  oppperpex  29262
  Copyright terms: Public domain W3C validator