Theorem conjmul 11872

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 767	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℂ)
2		simprl 771	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → 𝑄 ∈ ℂ)
3		reccl 11816	. . . . . . . 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 11356	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) = ((𝑃 · (1 / 𝑃)) · 𝑄))
6		recid 11823	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) → (𝑃 · (1 / 𝑃)) = 1)
7	6	oveq1d 7382	. . . . . . 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		mullid 11143	. . . . . . 7 ⊢ (𝑄 ∈ ℂ → (1 · 𝑄) = 𝑄)
10	9	ad2antrl 729	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (1 · 𝑄) = 𝑄)
11	5, 8, 10	3eqtrd 2775	. . . . 5 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) = 𝑄)
12		reccl 11816	. . . . . . . 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 11168	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄)) = (𝑃 · (𝑄 · (1 / 𝑄))))
15		recid 11823	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0) → (𝑄 · (1 / 𝑄)) = 1)
16	15	oveq2d 7383	. . . . . . 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		mulrid 11142	. . . . . . 7 ⊢ (𝑃 ∈ ℂ → (𝑃 · 1) = 𝑃)
19	18	ad2antrr 727	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · 1) = 𝑃)
20	14, 17, 19	3eqtrd 2775	. . . . 5 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄)) = 𝑃)
21	11, 20	oveq12d 7385	. . . 4 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑃)) + ((𝑃 · 𝑄) · (1 / 𝑄))) = (𝑄 + 𝑃))
22		mulcl 11122	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → (𝑃 · 𝑄) ∈ ℂ)
23	22	ad2ant2r 748	. . . . 5 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · 𝑄) ∈ ℂ)
24	23, 4, 13	adddid 11169	. . . 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 11332	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → (𝑃 + 𝑄) = (𝑄 + 𝑃))
26	25	ad2ant2r 748	. . . 4 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 + 𝑄) = (𝑄 + 𝑃))
27	21, 24, 26	3eqtr4d 2781	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = (𝑃 + 𝑄))
28	22	mulridd 11162	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → ((𝑃 · 𝑄) · 1) = (𝑃 · 𝑄))
29	28	ad2ant2r 748	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 · 𝑄) · 1) = (𝑃 · 𝑄))
30	27, 29	eqeq12d 2752	. 2 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((𝑃 · 𝑄) · ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄))) = ((𝑃 · 𝑄) · 1) ↔ (𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄)))
31		addcl 11120	. . . 4 ⊢ (((1 / 𝑃) ∈ ℂ ∧ (1 / 𝑄) ∈ ℂ) → ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) ∈ ℂ)
32	3, 12, 31	syl2an 597	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) ∈ ℂ)
33		mulne0 11792	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (𝑃 · 𝑄) ≠ 0)
34		ax-1cn 11096	. . . 4 ⊢ 1 ∈ ℂ
35		mulcan 11787	. . . 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 1452	. . 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 837	. 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 2743	. . . 4 ⊢ ((𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄) ↔ (𝑃 · 𝑄) = (𝑃 + 𝑄))
39		muleqadd 11794	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → ((𝑃 · 𝑄) = (𝑃 + 𝑄) ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))
40	38, 39	bitrid 283	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → ((𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄) ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))
41	40	ad2ant2r 748	. 2 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → ((𝑃 + 𝑄) = (𝑃 · 𝑄) ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))
42	30, 37, 41	3bitr3d 309	1 ⊢ (((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ≠ 0) ∧ (𝑄 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ≠ 0)) → (((1 / 𝑃) + (1 / 𝑄)) = 1 ↔ ((𝑃 − 1) · (𝑄 − 1)) = 1))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2932  (class class class)co 7367  ℂcc 11036  0cc0 11038  1c1 11039   + caddc 11041   · cmul 11043   − cmin 11377   / cdiv 11807

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-id 5526  df-po 5539  df-so 5540  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808

This theorem is referenced by: (None)