Theorem pythag 24957

Description: Pythagorean theorem. Given three distinct points A, B, and C that form a right triangle (with the right angle at C), prove a relationship between their segment lengths. This theorem is expressed using the complex number plane as a plane, where 𝐹 is the signed angle construct (as used in ang180 24954), 𝑋 is the distance of line segment BC, 𝑌 is the distance of line segment AC, 𝑍 is the distance of line segment AB (the hypotenuse), and 𝑂 is the signed right angle m/_ BCA. We use the law of cosines lawcos 24956 to prove this, along with simple trigonometry facts like coshalfpi 24621 and cosneg 15249. (Contributed by David A. Wheeler, 13-Jun-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
lawcos.1	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ (ℂ ∖ {0}), 𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (ℑ‘(log‘(𝑦 / 𝑥))))
lawcos.2	⊢ 𝑋 = (abs‘(𝐵 − 𝐶))
lawcos.3	⊢ 𝑌 = (abs‘(𝐴 − 𝐶))
lawcos.4	⊢ 𝑍 = (abs‘(𝐴 − 𝐵))
lawcos.5	⊢ 𝑂 = ((𝐵 − 𝐶)𝐹(𝐴 − 𝐶))

Assertion

Ref	Expression
pythag	⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑍↑2) = ((𝑋↑2) + (𝑌↑2)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝐵,𝑦   𝑥,𝐶,𝑦

Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑦)   𝑂(𝑥,𝑦)   𝑋(𝑥,𝑦)   𝑌(𝑥,𝑦)   𝑍(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem pythag

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lawcos.1	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ (ℂ ∖ {0}), 𝑦 ∈ (ℂ ∖ {0}) ↦ (ℑ‘(log‘(𝑦 / 𝑥))))
2		lawcos.2	. . . 4 ⊢ 𝑋 = (abs‘(𝐵 − 𝐶))
3		lawcos.3	. . . 4 ⊢ 𝑌 = (abs‘(𝐴 − 𝐶))
4		lawcos.4	. . . 4 ⊢ 𝑍 = (abs‘(𝐴 − 𝐵))
5		lawcos.5	. . . 4 ⊢ 𝑂 = ((𝐵 − 𝐶)𝐹(𝐴 − 𝐶))
6	1, 2, 3, 4, 5	lawcos 24956	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶)) → (𝑍↑2) = (((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) − (2 · ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂)))))
7	6	3adant3 1168	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑍↑2) = (((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) − (2 · ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂)))))
8		elpri 4419	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)} → (𝑂 = (π / 2) ∨ 𝑂 = -(π / 2)))
9		fveq2 6433	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑂 = (π / 2) → (cos‘𝑂) = (cos‘(π / 2)))
10		coshalfpi 24621	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (cos‘(π / 2)) = 0
11	9, 10	syl6eq 2877	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑂 = (π / 2) → (cos‘𝑂) = 0)
12		fveq2 6433	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑂 = -(π / 2) → (cos‘𝑂) = (cos‘-(π / 2)))
13		cosneghalfpi 24622	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (cos‘-(π / 2)) = 0
14	12, 13	syl6eq 2877	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑂 = -(π / 2) → (cos‘𝑂) = 0)
15	11, 14	jaoi 890	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑂 = (π / 2) ∨ 𝑂 = -(π / 2)) → (cos‘𝑂) = 0)
16	8, 15	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)} → (cos‘𝑂) = 0)
17	16	3ad2ant3 1171	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (cos‘𝑂) = 0)
18	17	oveq2d 6921	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂)) = ((𝑋 · 𝑌) · 0))
19		subcl 10600	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐵 − 𝐶) ∈ ℂ)
20	19	3adant1 1166	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐵 − 𝐶) ∈ ℂ)
21	20	3ad2ant1 1169	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝐵 − 𝐶) ∈ ℂ)
22	21	abscld 14552	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐵 − 𝐶)) ∈ ℝ)
23	22	recnd 10385	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐵 − 𝐶)) ∈ ℂ)
24	2, 23	syl5eqel 2910	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → 𝑋 ∈ ℂ)
25		subcl 10600	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐴 − 𝐶) ∈ ℂ)
26	25	3adant2 1167	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐴 − 𝐶) ∈ ℂ)
27	26	3ad2ant1 1169	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝐴 − 𝐶) ∈ ℂ)
28	27	abscld 14552	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐴 − 𝐶)) ∈ ℝ)
29	28	recnd 10385	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐴 − 𝐶)) ∈ ℂ)
30	3, 29	syl5eqel 2910	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → 𝑌 ∈ ℂ)
31	24, 30	mulcld 10377	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑋 · 𝑌) ∈ ℂ)
32	31	mul01d 10554	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋 · 𝑌) · 0) = 0)
33	18, 32	eqtrd 2861	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂)) = 0)
34	33	oveq2d 6921	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (2 · ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂))) = (2 · 0))
35		2t0e0 11527	. . . 4 ⊢ (2 · 0) = 0
36	34, 35	syl6eq 2877	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (2 · ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂))) = 0)
37	36	oveq2d 6921	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) − (2 · ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂)))) = (((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) − 0))
38	24	sqcld 13300	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
39	30	sqcld 13300	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑌↑2) ∈ ℂ)
40	38, 39	addcld 10376	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) ∈ ℂ)
41	40	subid1d 10702	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) − 0) = ((𝑋↑2) + (𝑌↑2)))
42	7, 37, 41	3eqtrd 2865	1 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑍↑2) = ((𝑋↑2) + (𝑌↑2)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 386   ∨ wo 880   ∧ w3a 1113   = wceq 1658   ∈ wcel 2166   ≠ wne 2999   ∖ cdif 3795  {csn 4397  {cpr 4399  ‘cfv 6123  (class class class)co 6905   ↦ cmpt2 6907  ℂcc 10250  0cc0 10252   + caddc 10255   · cmul 10257   − cmin 10585  -cneg 10586   / cdiv 11009  2c2 11406  ↑cexp 13154  ℑcim 14215  abscabs 14351  cosccos 15167  πcpi 15169  logclog 24700

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1896  ax-4 1910  ax-5 2011  ax-6 2077  ax-7 2114  ax-8 2168  ax-9 2175  ax-10 2194  ax-11 2209  ax-12 2222  ax-13 2391  ax-ext 2803  ax-rep 4994  ax-sep 5005  ax-nul 5013  ax-pow 5065  ax-pr 5127  ax-un 7209  ax-inf2 8815  ax-cnex 10308  ax-resscn 10309  ax-1cn 10310  ax-icn 10311  ax-addcl 10312  ax-addrcl 10313  ax-mulcl 10314  ax-mulrcl 10315  ax-mulcom 10316  ax-addass 10317  ax-mulass 10318  ax-distr 10319  ax-i2m1 10320  ax-1ne0 10321  ax-1rid 10322  ax-rnegex 10323  ax-rrecex 10324  ax-cnre 10325  ax-pre-lttri 10326  ax-pre-lttrn 10327  ax-pre-ltadd 10328  ax-pre-mulgt0 10329  ax-pre-sup 10330  ax-addf 10331  ax-mulf 10332

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 881  df-3or 1114  df-3an 1115  df-tru 1662  df-fal 1672  df-ex 1881  df-nf 1885  df-sb 2070  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4145  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4659  df-int 4698  df-iun 4742  df-iin 4743  df-br 4874  df-opab 4936  df-mpt 4953  df-tr 4976  df-id 5250  df-eprel 5255  df-po 5263  df-so 5264  df-fr 5301  df-se 5302  df-we 5303  df-xp 5348  df-rel 5349  df-cnv 5350  df-co 5351  df-dm 5352  df-rn 5353  df-res 5354  df-ima 5355  df-pred 5920  df-ord 5966  df-on 5967  df-lim 5968  df-suc 5969  df-iota 6086  df-fun 6125  df-fn 6126  df-f 6127  df-f1 6128  df-fo 6129  df-f1o 6130  df-fv 6131  df-isom 6132  df-riota 6866  df-ov 6908  df-oprab 6909  df-mpt2 6910  df-of 7157  df-om 7327  df-1st 7428  df-2nd 7429  df-supp 7560  df-wrecs 7672  df-recs 7734  df-rdg 7772  df-1o 7826  df-2o 7827  df-oadd 7830  df-er 8009  df-map 8124  df-pm 8125  df-ixp 8176  df-en 8223  df-dom 8224  df-sdom 8225  df-fin 8226  df-fsupp 8545  df-fi 8586  df-sup 8617  df-inf 8618  df-oi 8684  df-card 9078  df-cda 9305  df-pnf 10393  df-mnf 10394  df-xr 10395  df-ltxr 10396  df-le 10397  df-sub 10587  df-neg 10588  df-div 11010  df-nn 11351  df-2 11414  df-3 11415  df-4 11416  df-5 11417  df-6 11418  df-7 11419  df-8 11420  df-9 11421  df-n0 11619  df-z 11705  df-dec 11822  df-uz 11969  df-q 12072  df-rp 12113  df-xneg 12232  df-xadd 12233  df-xmul 12234  df-ioo 12467  df-ioc 12468  df-ico 12469  df-icc 12470  df-fz 12620  df-fzo 12761  df-fl 12888  df-mod 12964  df-seq 13096  df-exp 13155  df-fac 13354  df-bc 13383  df-hash 13411  df-shft 14184  df-cj 14216  df-re 14217  df-im 14218  df-sqrt 14352  df-abs 14353  df-limsup 14579  df-clim 14596  df-rlim 14597  df-sum 14794  df-ef 15170  df-sin 15172  df-cos 15173  df-pi 15175  df-struct 16224  df-ndx 16225  df-slot 16226  df-base 16228  df-sets 16229  df-ress 16230  df-plusg 16318  df-mulr 16319  df-starv 16320  df-sca 16321  df-vsca 16322  df-ip 16323  df-tset 16324  df-ple 16325  df-ds 16327  df-unif 16328  df-hom 16329  df-cco 16330  df-rest 16436  df-topn 16437  df-0g 16455  df-gsum 16456  df-topgen 16457  df-pt 16458  df-prds 16461  df-xrs 16515  df-qtop 16520  df-imas 16521  df-xps 16523  df-mre 16599  df-mrc 16600  df-acs 16602  df-mgm 17595  df-sgrp 17637  df-mnd 17648  df-submnd 17689  df-mulg 17895  df-cntz 18100  df-cmn 18548  df-psmet 20098  df-xmet 20099  df-met 20100  df-bl 20101  df-mopn 20102  df-fbas 20103  df-fg 20104  df-cnfld 20107  df-top 21069  df-topon 21086  df-topsp 21108  df-bases 21121  df-cld 21194  df-ntr 21195  df-cls 21196  df-nei 21273  df-lp 21311  df-perf 21312  df-cn 21402  df-cnp 21403  df-haus 21490  df-tx 21736  df-hmeo 21929  df-fil 22020  df-fm 22112  df-flim 22113  df-flf 22114  df-xms 22495  df-ms 22496  df-tms 22497  df-cncf 23051  df-limc 24029  df-dv 24030  df-log 24702

This theorem is referenced by:  chordthmlem3  24974