Proof of Theorem cubic
Step | Hyp | Ref
| Expression |
1 | | cubic.a |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ) |
2 | | cubic.z |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 0) |
3 | | cubic.b |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ) |
4 | | cubic.c |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ) |
5 | | cubic.d |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ ℂ) |
6 | | cubic.x |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℂ) |
7 | | cubic.t |
. . . 4
⊢ (𝜑 → 𝑇 = (((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 /
3))) |
8 | | cubic.n |
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → 𝑁 = (((2 · (𝐵↑3)) − ((9 · 𝐴) · (𝐵 · 𝐶))) + (;27 · ((𝐴↑2) · 𝐷)))) |
9 | | 2cn 11978 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ 2 ∈
ℂ |
10 | | 3nn0 12181 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ 3 ∈
ℕ0 |
11 | | expcl 13728 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 3 ∈
ℕ0) → (𝐵↑3) ∈ ℂ) |
12 | 3, 10, 11 | sylancl 585 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝜑 → (𝐵↑3) ∈ ℂ) |
13 | | mulcl 10886 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ ((2
∈ ℂ ∧ (𝐵↑3) ∈ ℂ) → (2 ·
(𝐵↑3)) ∈
ℂ) |
14 | 9, 12, 13 | sylancr 586 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → (2 · (𝐵↑3)) ∈
ℂ) |
15 | | 9cn 12003 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ 9 ∈
ℂ |
16 | | mulcl 10886 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ ((9
∈ ℂ ∧ 𝐴
∈ ℂ) → (9 · 𝐴) ∈ ℂ) |
17 | 15, 1, 16 | sylancr 586 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝜑 → (9 · 𝐴) ∈
ℂ) |
18 | 3, 4 | mulcld 10926 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝜑 → (𝐵 · 𝐶) ∈ ℂ) |
19 | 17, 18 | mulcld 10926 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → ((9 · 𝐴) · (𝐵 · 𝐶)) ∈ ℂ) |
20 | 14, 19 | subcld 11262 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → ((2 · (𝐵↑3)) − ((9 ·
𝐴) · (𝐵 · 𝐶))) ∈ ℂ) |
21 | | 2nn0 12180 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ 2 ∈
ℕ0 |
22 | | 7nn 11995 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ 7 ∈
ℕ |
23 | 21, 22 | decnncl 12386 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ ;27 ∈ ℕ |
24 | 23 | nncni 11913 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ;27 ∈ ℂ |
25 | 1 | sqcld 13790 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝜑 → (𝐴↑2) ∈ ℂ) |
26 | 25, 5 | mulcld 10926 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → ((𝐴↑2) · 𝐷) ∈ ℂ) |
27 | | mulcl 10886 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((;27 ∈ ℂ ∧ ((𝐴↑2) · 𝐷) ∈ ℂ) → (;27 · ((𝐴↑2) · 𝐷)) ∈ ℂ) |
28 | 24, 26, 27 | sylancr 586 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → (;27 · ((𝐴↑2) · 𝐷)) ∈ ℂ) |
29 | 20, 28 | addcld 10925 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → (((2 · (𝐵↑3)) − ((9 ·
𝐴) · (𝐵 · 𝐶))) + (;27 · ((𝐴↑2) · 𝐷))) ∈ ℂ) |
30 | 8, 29 | eqeltrd 2839 |
. . . . . . 7
⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ) |
31 | | cubic.g |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → 𝐺 = ((𝑁↑2) − (4 · (𝑀↑3)))) |
32 | 30 | sqcld 13790 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → (𝑁↑2) ∈ ℂ) |
33 | | 4cn 11988 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ 4 ∈
ℂ |
34 | | cubic.m |
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (𝜑 → 𝑀 = ((𝐵↑2) − (3 · (𝐴 · 𝐶)))) |
35 | 3 | sqcld 13790 |
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (𝜑 → (𝐵↑2) ∈ ℂ) |
36 | | 3cn 11984 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ 3 ∈
ℂ |
37 | 1, 4 | mulcld 10926 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝜑 → (𝐴 · 𝐶) ∈ ℂ) |
38 | | mulcl 10886 |
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ ((3
∈ ℂ ∧ (𝐴
· 𝐶) ∈ ℂ)
→ (3 · (𝐴
· 𝐶)) ∈
ℂ) |
39 | 36, 37, 38 | sylancr 586 |
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (𝜑 → (3 · (𝐴 · 𝐶)) ∈ ℂ) |
40 | 35, 39 | subcld 11262 |
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (𝜑 → ((𝐵↑2) − (3 · (𝐴 · 𝐶))) ∈ ℂ) |
41 | 34, 40 | eqeltrd 2839 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ) |
42 | | expcl 13728 |
. . . . . . . . . . . 12
⊢ ((𝑀 ∈ ℂ ∧ 3 ∈
ℕ0) → (𝑀↑3) ∈ ℂ) |
43 | 41, 10, 42 | sylancl 585 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝜑 → (𝑀↑3) ∈ ℂ) |
44 | | mulcl 10886 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ ((4
∈ ℂ ∧ (𝑀↑3) ∈ ℂ) → (4 ·
(𝑀↑3)) ∈
ℂ) |
45 | 33, 43, 44 | sylancr 586 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → (4 · (𝑀↑3)) ∈
ℂ) |
46 | 32, 45 | subcld 11262 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → ((𝑁↑2) − (4 · (𝑀↑3))) ∈
ℂ) |
47 | 31, 46 | eqeltrd 2839 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ ℂ) |
48 | 47 | sqrtcld 15077 |
. . . . . . 7
⊢ (𝜑 → (√‘𝐺) ∈
ℂ) |
49 | 30, 48 | addcld 10925 |
. . . . . 6
⊢ (𝜑 → (𝑁 + (√‘𝐺)) ∈ ℂ) |
50 | 49 | halfcld 12148 |
. . . . 5
⊢ (𝜑 → ((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2) ∈ ℂ) |
51 | | 3ne0 12009 |
. . . . . 6
⊢ 3 ≠
0 |
52 | 36, 51 | reccli 11635 |
. . . . 5
⊢ (1 / 3)
∈ ℂ |
53 | | cxpcl 25734 |
. . . . 5
⊢ ((((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2) ∈ ℂ ∧ (1
/ 3) ∈ ℂ) → (((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 / 3))
∈ ℂ) |
54 | 50, 52, 53 | sylancl 585 |
. . . 4
⊢ (𝜑 → (((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 / 3))
∈ ℂ) |
55 | 7, 54 | eqeltrd 2839 |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ ℂ) |
56 | 7 | oveq1d 7270 |
. . . 4
⊢ (𝜑 → (𝑇↑3) = ((((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 /
3))↑3)) |
57 | | 3nn 11982 |
. . . . 5
⊢ 3 ∈
ℕ |
58 | | cxproot 25750 |
. . . . 5
⊢ ((((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2) ∈ ℂ ∧ 3
∈ ℕ) → ((((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 /
3))↑3) = ((𝑁 +
(√‘𝐺)) /
2)) |
59 | 50, 57, 58 | sylancl 585 |
. . . 4
⊢ (𝜑 → ((((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 /
3))↑3) = ((𝑁 +
(√‘𝐺)) /
2)) |
60 | 56, 59 | eqtrd 2778 |
. . 3
⊢ (𝜑 → (𝑇↑3) = ((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)) |
61 | 47 | sqsqrtd 15079 |
. . . 4
⊢ (𝜑 → ((√‘𝐺)↑2) = 𝐺) |
62 | 61, 31 | eqtrd 2778 |
. . 3
⊢ (𝜑 → ((√‘𝐺)↑2) = ((𝑁↑2) − (4 · (𝑀↑3)))) |
63 | 9 | a1i 11 |
. . . . . 6
⊢ (𝜑 → 2 ∈
ℂ) |
64 | 33 | a1i 11 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → 4 ∈
ℂ) |
65 | | 4ne0 12011 |
. . . . . . . . . 10
⊢ 4 ≠
0 |
66 | 65 | a1i 11 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → 4 ≠ 0) |
67 | | cubic.0 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 0) |
68 | | 3z 12283 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ 3 ∈
ℤ |
69 | 68 | a1i 11 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → 3 ∈
ℤ) |
70 | 41, 67, 69 | expne0d 13798 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → (𝑀↑3) ≠ 0) |
71 | 64, 43, 66, 70 | mulne0d 11557 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → (4 · (𝑀↑3)) ≠
0) |
72 | 62 | oveq2d 7271 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → ((𝑁↑2) − ((√‘𝐺)↑2)) = ((𝑁↑2) − ((𝑁↑2) − (4 · (𝑀↑3))))) |
73 | | subsq 13854 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((𝑁 ∈ ℂ ∧
(√‘𝐺) ∈
ℂ) → ((𝑁↑2)
− ((√‘𝐺)↑2)) = ((𝑁 + (√‘𝐺)) · (𝑁 − (√‘𝐺)))) |
74 | 30, 48, 73 | syl2anc 583 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → ((𝑁↑2) − ((√‘𝐺)↑2)) = ((𝑁 + (√‘𝐺)) · (𝑁 − (√‘𝐺)))) |
75 | 32, 45 | nncand 11267 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → ((𝑁↑2) − ((𝑁↑2) − (4 · (𝑀↑3)))) = (4 · (𝑀↑3))) |
76 | 72, 74, 75 | 3eqtr3d 2786 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → ((𝑁 + (√‘𝐺)) · (𝑁 − (√‘𝐺))) = (4 · (𝑀↑3))) |
77 | 30, 48 | subcld 11262 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → (𝑁 − (√‘𝐺)) ∈ ℂ) |
78 | 77 | mul02d 11103 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → (0 · (𝑁 − (√‘𝐺))) = 0) |
79 | 71, 76, 78 | 3netr4d 3020 |
. . . . . . 7
⊢ (𝜑 → ((𝑁 + (√‘𝐺)) · (𝑁 − (√‘𝐺))) ≠ (0 · (𝑁 − (√‘𝐺)))) |
80 | | oveq1 7262 |
. . . . . . . 8
⊢ ((𝑁 + (√‘𝐺)) = 0 → ((𝑁 + (√‘𝐺)) · (𝑁 − (√‘𝐺))) = (0 · (𝑁 − (√‘𝐺)))) |
81 | 80 | necon3i 2975 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 + (√‘𝐺)) · (𝑁 − (√‘𝐺))) ≠ (0 · (𝑁 − (√‘𝐺))) → (𝑁 + (√‘𝐺)) ≠ 0) |
82 | 79, 81 | syl 17 |
. . . . . 6
⊢ (𝜑 → (𝑁 + (√‘𝐺)) ≠ 0) |
83 | | 2ne0 12007 |
. . . . . . 7
⊢ 2 ≠
0 |
84 | 83 | a1i 11 |
. . . . . 6
⊢ (𝜑 → 2 ≠ 0) |
85 | 49, 63, 82, 84 | divne0d 11697 |
. . . . 5
⊢ (𝜑 → ((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2) ≠ 0) |
86 | 52 | a1i 11 |
. . . . 5
⊢ (𝜑 → (1 / 3) ∈
ℂ) |
87 | 50, 85, 86 | cxpne0d 25773 |
. . . 4
⊢ (𝜑 → (((𝑁 + (√‘𝐺)) / 2)↑𝑐(1 / 3))
≠ 0) |
88 | 7, 87 | eqnetrd 3010 |
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝑇 ≠ 0) |
89 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 55, 60, 48, 62, 34, 8, 88 | cubic2 25903 |
. 2
⊢ (𝜑 → ((((𝐴 · (𝑋↑3)) + (𝐵 · (𝑋↑2))) + ((𝐶 · 𝑋) + 𝐷)) = 0 ↔ ∃𝑟 ∈ ℂ ((𝑟↑3) = 1 ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴))))) |
90 | | cubic.r |
. . . . . 6
⊢ 𝑅 = {1, ((-1 + (i ·
(√‘3))) / 2), ((-1 − (i · (√‘3))) /
2)} |
91 | 90 | 1cubr 25897 |
. . . . 5
⊢ (𝑟 ∈ 𝑅 ↔ (𝑟 ∈ ℂ ∧ (𝑟↑3) = 1)) |
92 | 91 | anbi1i 623 |
. . . 4
⊢ ((𝑟 ∈ 𝑅 ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴))) ↔ ((𝑟 ∈ ℂ ∧ (𝑟↑3) = 1) ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴)))) |
93 | | anass 468 |
. . . 4
⊢ (((𝑟 ∈ ℂ ∧ (𝑟↑3) = 1) ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴))) ↔ (𝑟 ∈ ℂ ∧ ((𝑟↑3) = 1 ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴))))) |
94 | 92, 93 | bitri 274 |
. . 3
⊢ ((𝑟 ∈ 𝑅 ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴))) ↔ (𝑟 ∈ ℂ ∧ ((𝑟↑3) = 1 ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴))))) |
95 | 94 | rexbii2 3175 |
. 2
⊢
(∃𝑟 ∈
𝑅 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴)) ↔ ∃𝑟 ∈ ℂ ((𝑟↑3) = 1 ∧ 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴)))) |
96 | 89, 95 | bitr4di 288 |
1
⊢ (𝜑 → ((((𝐴 · (𝑋↑3)) + (𝐵 · (𝑋↑2))) + ((𝐶 · 𝑋) + 𝐷)) = 0 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝑅 𝑋 = -(((𝐵 + (𝑟 · 𝑇)) + (𝑀 / (𝑟 · 𝑇))) / (3 · 𝐴)))) |