Theorem conjmul 11622

Description: Two numbers whose reciprocals sum to 1 are called "conjugates" and satisfy this relationship. Equation 5 of [Kreyszig] p. 12. (Contributed by NM, 12-Nov-2006.)

Assertion

Ref	Expression
conjmul	⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) = 1 ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))

Proof of Theorem conjmul

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpll 763	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℂ)
2		simprl 767	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → 𝑄 ∈ ℂ)
3		reccl 11570	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) → (1 / 𝑃) ∈ ℂ)
4	3	adantr 480	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (1 / 𝑃) ∈ ℂ)
5	1, 2, 4	mul32d 11115	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) = ((𝑃 · (1 / 𝑃)) · 𝑄))
6		recid 11577	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) → (𝑃 · (1 / 𝑃)) = 1)
7	6	oveq1d 7270	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) → ((𝑃 · (1 / 𝑃)) · 𝑄) = (1 · 𝑄))
8	7	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · (1 / 𝑃)) · 𝑄) = (1 · 𝑄))
9		mulid2 10905	. . . . . . 7 ⊢ (𝑄 ∈ ℂ → (1 · 𝑄) = 𝑄)
10	9	ad2antrl 724	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (1 · 𝑄) = 𝑄)
11	5, 8, 10	3eqtrd 2782	. . . . 5 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) = 𝑄)
12		reccl 11570	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0) → (1 / 𝑄) ∈ ℂ)
13	12	adantl 481	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (1 / 𝑄) ∈ ℂ)
14	1, 2, 13	mulassd 10929	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄)) = (𝑃 · (𝑄 · (1 / 𝑄))))
15		recid 11577	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0) → (𝑄 · (1 / 𝑄)) = 1)
16	15	oveq2d 7271	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0) → (𝑃 · (𝑄 · (1 / 𝑄))) = (𝑃 · 1))
17	16	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · (𝑄 · (1 / 𝑄))) = (𝑃 · 1))
18		mulid1 10904	. . . . . . 7 ⊢ (𝑃 ∈ ℂ → (𝑃 · 1) = 𝑃)
19	18	ad2antrr 722	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · 1) = 𝑃)
20	14, 17, 19	3eqtrd 2782	. . . . 5 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄)) = 𝑃)
21	11, 20	oveq12d 7273	. . . 4 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) + ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄))) = (𝑄 + 𝑃))
22		mulcl 10886	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → (𝑃 · 𝑄) ∈ ℂ)
23	22	ad2ant2r 743	. . . . 5 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · 𝑄) ∈ ℂ)
24	23, 4, 13	adddid 10930	. . . 4 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = (((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) + ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄))))
25		addcom 11091	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → (𝑃 + 𝑄) = (𝑄 + 𝑃))
26	25	ad2ant2r 743	. . . 4 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 + 𝑄) = (𝑄 + 𝑃))
27	21, 24, 26	3eqtr4d 2788	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = (𝑃 + 𝑄))
28	22	mulid1d 10923	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → ((𝑃 · 𝑄) · 1) = (𝑃 · 𝑄))
29	28	ad2ant2r 743	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · 1) = (𝑃 · 𝑄))
30	27, 29	eqeq12d 2754	. 2 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = ((𝑃 · 𝑄) · 1) ↔ (𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄)))
31		addcl 10884	. . . 4 ⊢ (((1 / 𝑃) ∈ ℂ ∧ (1 / 𝑄) ∈ ℂ) → ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) ∈ ℂ)
32	3, 12, 31	syl2an 595	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) ∈ ℂ)
33		mulne0 11547	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · 𝑄) ≠ 0)
34		ax-1cn 10860	. . . 4 ⊢ 1 ∈ ℂ
35		mulcan 11542	. . . 4 ⊢ ((((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ ∧ ((𝑃 · 𝑄) ∈ ℂ ∧ (𝑃 · 𝑄) ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = ((𝑃 · 𝑄) · 1) ↔ ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) = 1))
36	34, 35	mp3an2 1447	. . 3 ⊢ ((((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) ∈ ℂ ∧ ((𝑃 · 𝑄) ∈ ℂ ∧ (𝑃 · 𝑄) ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = ((𝑃 · 𝑄) · 1) ↔ ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) = 1))
37	32, 23, 33, 36	syl12anc 833	. 2 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = ((𝑃 · 𝑄) · 1) ↔ ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) = 1))
38		eqcom 2745	. . . 4 ⊢ ((𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄) ↔ (𝑃 · 𝑄) = (𝑃 + 𝑄))
39		muleqadd 11549	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → ((𝑃 · 𝑄) = (𝑃 + 𝑄) ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))
40	38, 39	syl5bb 282	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → ((𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄) ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))
41	40	ad2ant2r 743	. 2 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄) ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))
42	30, 37, 41	3bitr3d 308	1 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) = 1 ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2942  (class class class)co 7255  ℂcc 10800  0cc0 10802  1c1 10803   + caddc 10805   · cmul 10807   − cmin 11135   / cdiv 11562

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-op 4565  df-uni 4837  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-id 5480  df-po 5494  df-so 5495  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-er 8456  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563

This theorem is referenced by: (None)