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

Theorem colperpex 28456
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 (𝜑𝐺 ∈ TarskiG)
colperpex.1 (𝜑𝐴𝑃)
colperpex.2 (𝜑𝐵𝑃)
colperpex.3 (𝜑𝐶𝑃)
colperpex.4 (𝜑𝐴𝐵)
colperpex.5 (𝜑𝐺DimTarskiG≥2)
Assertion
Ref Expression
colperpex (𝜑 → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((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 (𝜑𝐺 ∈ TarskiG)
65ad3antrrr 727 . . . . 5 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
7 colperpex.1 . . . . . 6 (𝜑𝐴𝑃)
87ad3antrrr 727 . . . . 5 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴𝑃)
9 colperpex.2 . . . . . 6 (𝜑𝐵𝑃)
109ad3antrrr 727 . . . . 5 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐵𝑃)
11 simplr 766 . . . . 5 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝑑𝑃)
12 colperpex.4 . . . . . 6 (𝜑𝐴𝐵)
1312ad3antrrr 727 . . . . 5 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴𝐵)
14 simpr 484 . . . . 5 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
151, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 11, 13, 14colperpexlem3 28455 . . . 4 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝))))
16 simprl 768 . . . . . . 7 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → (𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵))
17 colperpex.3 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐶𝑃)
1817ad5antr 731 . . . . . . . 8 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐶𝑃)
19 simp-5r 783 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
2019orcd 870 . . . . . . . 8 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵))
215ad5antr 731 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐺 ∈ TarskiG)
22 simplr 766 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝑝𝑃)
231, 2, 3, 21, 18, 22tgbtwntriv1 28214 . . . . . . . 8 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝))
24 eleq1 2813 . . . . . . . . . . 11 (𝑡 = 𝐶 → (𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ↔ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
2524orbi1d 913 . . . . . . . . . 10 (𝑡 = 𝐶 → ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ↔ (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵)))
26 eleq1 2813 . . . . . . . . . 10 (𝑡 = 𝐶 → (𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝) ↔ 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))
2725, 26anbi12d 630 . . . . . . . . 9 (𝑡 = 𝐶 → (((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)) ↔ ((𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
2827rspcev 3604 . . . . . . . 8 ((𝐶𝑃 ∧ ((𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝐶 ∈ (𝐶𝐼𝑝))) → ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))
2918, 20, 23, 28syl12anc 834 . . . . . . 7 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))
3016, 29jca 511 . . . . . 6 ((((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) ∧ ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝)))) → ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
3130ex 412 . . . . 5 (((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑝𝑃) → (((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝))) → ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))))
3231reximdva 3160 . . . 4 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → (∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑠𝑃 ((𝑠 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑠 ∈ (𝑑𝐼𝑝))) → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝)))))
3315, 32mpd 15 . . 3 ((((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) ∧ 𝑑𝑃) ∧ ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
345adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
35 colperpex.5 . . . . 5 (𝜑𝐺DimTarskiG≥2)
3635adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺DimTarskiG≥2)
377adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴𝑃)
389adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐵𝑃)
3912adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴𝐵)
401, 3, 4, 34, 36, 37, 38, 39tglowdim2ln 28374 . . 3 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑑𝑃 ¬ 𝑑 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
4133, 40r19.29a 3154 . 2 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
425adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
437adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴𝑃)
449adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐵𝑃)
4517adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐶𝑃)
4612adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → 𝐴𝐵)
47 simpr 484 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
481, 2, 3, 4, 42, 43, 44, 45, 46, 47colperpexlem3 28455 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)) → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
4941, 48pm2.61dan 810 1 (𝜑 → ∃𝑝𝑃 ((𝐴𝐿𝑝)(⟂G‘𝐺)(𝐴𝐿𝐵) ∧ ∃𝑡𝑃 ((𝑡 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ (𝐶𝐼𝑝))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395  wo 844   = wceq 1533  wcel 2098  wne 2932  wrex 3062   class class class wbr 5139  cfv 6534  (class class class)co 7402  2c2 12265  Basecbs 17145  distcds 17207  TarskiGcstrkg 28150  DimTarskiGcstrkgld 28154  Itvcitv 28156  LineGclng 28157  ⟂Gcperpg 28418
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2695  ax-rep 5276  ax-sep 5290  ax-nul 5297  ax-pow 5354  ax-pr 5418  ax-un 7719  ax-cnex 11163  ax-resscn 11164  ax-1cn 11165  ax-icn 11166  ax-addcl 11167  ax-addrcl 11168  ax-mulcl 11169  ax-mulrcl 11170  ax-mulcom 11171  ax-addass 11172  ax-mulass 11173  ax-distr 11174  ax-i2m1 11175  ax-1ne0 11176  ax-1rid 11177  ax-rnegex 11178  ax-rrecex 11179  ax-cnre 11180  ax-pre-lttri 11181  ax-pre-lttrn 11182  ax-pre-ltadd 11183  ax-pre-mulgt0 11184
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2526  df-eu 2555  df-clab 2702  df-cleq 2716  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2933  df-nel 3039  df-ral 3054  df-rex 3063  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3425  df-v 3468  df-sbc 3771  df-csb 3887  df-dif 3944  df-un 3946  df-in 3948  df-ss 3958  df-pss 3960  df-nul 4316  df-if 4522  df-pw 4597  df-sn 4622  df-pr 4624  df-tp 4626  df-op 4628  df-uni 4901  df-int 4942  df-iun 4990  df-br 5140  df-opab 5202  df-mpt 5223  df-tr 5257  df-id 5565  df-eprel 5571  df-po 5579  df-so 5580  df-fr 5622  df-we 5624  df-xp 5673  df-rel 5674  df-cnv 5675  df-co 5676  df-dm 5677  df-rn 5678  df-res 5679  df-ima 5680  df-pred 6291  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6486  df-fun 6536  df-fn 6537  df-f 6538  df-f1 6539  df-fo 6540  df-f1o 6541  df-fv 6542  df-riota 7358  df-ov 7405  df-oprab 7406  df-mpo 7407  df-om 7850  df-1st 7969  df-2nd 7970  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8367  df-rdg 8406  df-1o 8462  df-oadd 8466  df-er 8700  df-map 8819  df-pm 8820  df-en 8937  df-dom 8938  df-sdom 8939  df-fin 8940  df-dju 9893  df-card 9931  df-pnf 11248  df-mnf 11249  df-xr 11250  df-ltxr 11251  df-le 11252  df-sub 11444  df-neg 11445  df-nn 12211  df-2 12273  df-3 12274  df-n0 12471  df-xnn0 12543  df-z 12557  df-uz 12821  df-fz 13483  df-fzo 13626  df-hash 14289  df-word 14463  df-concat 14519  df-s1 14544  df-s2 14797  df-s3 14798  df-trkgc 28171  df-trkgb 28172  df-trkgcb 28173  df-trkgld 28175  df-trkg 28176  df-cgrg 28234  df-leg 28306  df-mir 28376  df-rag 28417  df-perpg 28419
This theorem is referenced by:  midex  28460  oppperpex  28476
  Copyright terms: Public domain W3C validator