Theorem lawcoslem1 25387

Description: Lemma for lawcos 25388. Here we prove the law for a point at the origin and two distinct points U and V, using an expanded version of the signed angle expression on the complex plane. (Contributed by David A. Wheeler, 11-Jun-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
lawcoslem1.1	⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℂ)
lawcoslem1.2	⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ ℂ)
lawcoslem1.3	⊢ (𝜑 → 𝑈 ≠ 0)
lawcoslem1.4	⊢ (𝜑 → 𝑉 ≠ 0)

Assertion

Ref	Expression
lawcoslem1	⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝑈 − 𝑉))↑2) = ((((abs‘𝑈)↑2) + ((abs‘𝑉)↑2)) − (2 · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉)))))))

Proof of Theorem lawcoslem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lawcoslem1.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℂ)
2		lawcoslem1.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ ℂ)
3		sqabssub 14637	. . 3 ⊢ ((𝑈 ∈ ℂ ∧ 𝑉 ∈ ℂ) → ((abs‘(𝑈 − 𝑉))↑2) = ((((abs‘𝑈)↑2) + ((abs‘𝑉)↑2)) − (2 · (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉))))))
4	1, 2, 3	syl2anc 586	. 2 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝑈 − 𝑉))↑2) = ((((abs‘𝑈)↑2) + ((abs‘𝑉)↑2)) − (2 · (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉))))))
5		lawcoslem1.4	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ≠ 0)
6	1, 2, 5	absdivd 14809	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝑈 / 𝑉)) = ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)))
7	6	oveq2d 7166	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉))) = ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉))))
8	7	oveq2d 7166	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉)))) = (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)))))
9	1	abscld 14790	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝑈) ∈ ℝ)
10	2	abscld 14790	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝑉) ∈ ℝ)
11	9, 10	remulcld 10665	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) ∈ ℝ)
12	11	recnd 10663	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) ∈ ℂ)
13	1, 2, 5	divcld 11410	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑈 / 𝑉) ∈ ℂ)
14	13	recld 14547	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) ∈ ℝ)
15	14	recnd 10663	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) ∈ ℂ)
16	9	recnd 10663	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝑈) ∈ ℂ)
17	10	recnd 10663	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝑉) ∈ ℂ)
18	2, 5	absne0d 14801	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝑉) ≠ 0)
19	16, 17, 18	divcld 11410	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)) ∈ ℂ)
20		lawcoslem1.3	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ≠ 0)
21	1, 20	absne0d 14801	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝑈) ≠ 0)
22	16, 17, 21, 18	divne0d 11426	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)) ≠ 0)
23	12, 15, 19, 22	div12d 11446	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)))) = ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)))))
24	8, 23	eqtrd 2856	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉)))) = ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)))))
25	12, 16, 17, 21, 18	divdiv2d 11442	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉))) = ((((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · (abs‘𝑉)) / (abs‘𝑈)))
26	17	sqvald 13501	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑉)↑2) = ((abs‘𝑉) · (abs‘𝑉)))
27	26	oveq1d 7165	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) · (abs‘𝑈)) = (((abs‘𝑉) · (abs‘𝑉)) · (abs‘𝑈)))
28	16, 17, 17	mul31d 10845	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · (abs‘𝑉)) = (((abs‘𝑉) · (abs‘𝑉)) · (abs‘𝑈)))
29	27, 28	eqtr4d 2859	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) · (abs‘𝑈)) = (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · (abs‘𝑉)))
30	29	oveq1d 7165	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((((abs‘𝑉)↑2) · (abs‘𝑈)) / (abs‘𝑈)) = ((((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · (abs‘𝑉)) / (abs‘𝑈)))
31	17	sqcld 13502	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑉)↑2) ∈ ℂ)
32	31, 16, 21	divcan4d 11416	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((((abs‘𝑉)↑2) · (abs‘𝑈)) / (abs‘𝑈)) = ((abs‘𝑉)↑2))
33	25, 30, 32	3eqtr2rd 2863	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑉)↑2) = (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉))))
34	33	oveq2d 7166	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · ((abs‘𝑉)↑2)) = ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) / ((abs‘𝑈) / (abs‘𝑉)))))
35	15, 31	mulcomd 10656	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · ((abs‘𝑉)↑2)) = (((abs‘𝑉)↑2) · (ℜ‘(𝑈 / 𝑉))))
36	10	resqcld 13605	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑉)↑2) ∈ ℝ)
37	36, 13	remul2d 14580	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (ℜ‘(((abs‘𝑉)↑2) · (𝑈 / 𝑉))) = (((abs‘𝑉)↑2) · (ℜ‘(𝑈 / 𝑉))))
38	35, 37	eqtr4d 2859	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · ((abs‘𝑉)↑2)) = (ℜ‘(((abs‘𝑉)↑2) · (𝑈 / 𝑉))))
39	1, 31, 2, 5	div12d 11446	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑈 · (((abs‘𝑉)↑2) / 𝑉)) = (((abs‘𝑉)↑2) · (𝑈 / 𝑉)))
40	31, 2, 5	divrecd 11413	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) / 𝑉) = (((abs‘𝑉)↑2) · (1 / 𝑉)))
41		recval 14676	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑉 ∈ ℂ ∧ 𝑉 ≠ 0) → (1 / 𝑉) = ((∗‘𝑉) / ((abs‘𝑉)↑2)))
42	2, 5, 41	syl2anc 586	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (1 / 𝑉) = ((∗‘𝑉) / ((abs‘𝑉)↑2)))
43	42	oveq2d 7166	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) · (1 / 𝑉)) = (((abs‘𝑉)↑2) · ((∗‘𝑉) / ((abs‘𝑉)↑2))))
44	2	cjcld 14549	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (∗‘𝑉) ∈ ℂ)
45		sqne0 13483	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((abs‘𝑉) ∈ ℂ → (((abs‘𝑉)↑2) ≠ 0 ↔ (abs‘𝑉) ≠ 0))
46	17, 45	syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) ≠ 0 ↔ (abs‘𝑉) ≠ 0))
47	18, 46	mpbird 259	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ((abs‘𝑉)↑2) ≠ 0)
48	44, 31, 47	divcan2d 11412	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) · ((∗‘𝑉) / ((abs‘𝑉)↑2))) = (∗‘𝑉))
49	43, 48	eqtrd 2856	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) · (1 / 𝑉)) = (∗‘𝑉))
50	40, 49	eqtrd 2856	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) / 𝑉) = (∗‘𝑉))
51	50	oveq2d 7166	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑈 · (((abs‘𝑉)↑2) / 𝑉)) = (𝑈 · (∗‘𝑉)))
52	39, 51	eqtr3d 2858	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((abs‘𝑉)↑2) · (𝑈 / 𝑉)) = (𝑈 · (∗‘𝑉)))
53	52	fveq2d 6668	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (ℜ‘(((abs‘𝑉)↑2) · (𝑈 / 𝑉))) = (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉))))
54	38, 53	eqtrd 2856	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) · ((abs‘𝑉)↑2)) = (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉))))
55	24, 34, 54	3eqtr2rd 2863	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉))) = (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉)))))
56	55	oveq2d 7166	. . 3 ⊢ (𝜑 → (2 · (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉)))) = (2 · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉))))))
57	56	oveq2d 7166	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((abs‘𝑈)↑2) + ((abs‘𝑉)↑2)) − (2 · (ℜ‘(𝑈 · (∗‘𝑉))))) = ((((abs‘𝑈)↑2) + ((abs‘𝑉)↑2)) − (2 · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉)))))))
58	4, 57	eqtrd 2856	1 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝑈 − 𝑉))↑2) = ((((abs‘𝑈)↑2) + ((abs‘𝑉)↑2)) − (2 · (((abs‘𝑈) · (abs‘𝑉)) · ((ℜ‘(𝑈 / 𝑉)) / (abs‘(𝑈 / 𝑉)))))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   = wceq 1533   ∈ wcel 2110   ≠ wne 3016  ‘cfv 6349  (class class class)co 7150  ℂcc 10529  0cc0 10531  1c1 10532   + caddc 10534   · cmul 10536   − cmin 10864   / cdiv 11291  2c2 11686  ↑cexp 13423  ∗ccj 14449  ℜcre 14450  abscabs 14587

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2173  ax-ext 2793  ax-sep 5195  ax-nul 5202  ax-pow 5258  ax-pr 5321  ax-un 7455  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3772  df-csb 3883  df-dif 3938  df-un 3940  df-in 3942  df-ss 3951  df-pss 3953  df-nul 4291  df-if 4467  df-pw 4540  df-sn 4561  df-pr 4563  df-tp 4565  df-op 4567  df-uni 4832  df-iun 4913  df-br 5059  df-opab 5121  df-mpt 5139  df-tr 5165  df-id 5454  df-eprel 5459  df-po 5468  df-so 5469  df-fr 5508  df-we 5510  df-xp 5555  df-rel 5556  df-cnv 5557  df-co 5558  df-dm 5559  df-rn 5560  df-res 5561  df-ima 5562  df-pred 6142  df-ord 6188  df-on 6189  df-lim 6190  df-suc 6191  df-iota 6308  df-fun 6351  df-fn 6352  df-f 6353  df-f1 6354  df-fo 6355  df-f1o 6356  df-fv 6357  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-2nd 7684  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-sup 8900  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-3 11695  df-n0 11892  df-z 11976  df-uz 12238  df-rp 12384  df-seq 13364  df-exp 13424  df-cj 14452  df-re 14453  df-im 14454  df-sqrt 14588  df-abs 14589

This theorem is referenced by:  lawcos  25388