Theorem pythag 26312

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 26309), 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 26311 to prove this, along with simple trigonometry facts like coshalfpi 25971 and cosneg 16087. (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 26311	. . 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 1133	. 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 4650	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)} → (𝑂 = (π / 2) ∨ 𝑂 = -(π / 2)))
9		fveq2 6889	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑂 = (π / 2) → (cos‘𝑂) = (cos‘(π / 2)))
10		coshalfpi 25971	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (cos‘(π / 2)) = 0
11	9, 10	eqtrdi 2789	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑂 = (π / 2) → (cos‘𝑂) = 0)
12		fveq2 6889	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑂 = -(π / 2) → (cos‘𝑂) = (cos‘-(π / 2)))
13		cosneghalfpi 25972	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (cos‘-(π / 2)) = 0
14	12, 13	eqtrdi 2789	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑂 = -(π / 2) → (cos‘𝑂) = 0)
15	11, 14	jaoi 856	. . . . . . . . 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 1136	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (cos‘𝑂) = 0)
18	17	oveq2d 7422	. . . . . 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 11456	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐵 − 𝐶) ∈ ℂ)
20	19	3adant1 1131	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐵 − 𝐶) ∈ ℂ)
21	20	3ad2ant1 1134	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝐵 − 𝐶) ∈ ℂ)
22	21	abscld 15380	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐵 − 𝐶)) ∈ ℝ)
23	22	recnd 11239	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐵 − 𝐶)) ∈ ℂ)
24	2, 23	eqeltrid 2838	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → 𝑋 ∈ ℂ)
25		subcl 11456	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐴 − 𝐶) ∈ ℂ)
26	25	3adant2 1132	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → (𝐴 − 𝐶) ∈ ℂ)
27	26	3ad2ant1 1134	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝐴 − 𝐶) ∈ ℂ)
28	27	abscld 15380	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐴 − 𝐶)) ∈ ℝ)
29	28	recnd 11239	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (abs‘(𝐴 − 𝐶)) ∈ ℂ)
30	3, 29	eqeltrid 2838	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → 𝑌 ∈ ℂ)
31	24, 30	mulcld 11231	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑋 · 𝑌) ∈ ℂ)
32	31	mul01d 11410	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋 · 𝑌) · 0) = 0)
33	18, 32	eqtrd 2773	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋 · 𝑌) · (cos‘𝑂)) = 0)
34	33	oveq2d 7422	. . . 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 12378	. . . 4 ⊢ (2 · 0) = 0
36	34, 35	eqtrdi 2789	. . 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 7422	. 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 14106	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
39	30	sqcld 14106	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → (𝑌↑2) ∈ ℂ)
40	38, 39	addcld 11230	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ≠ 𝐶 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶) ∧ 𝑂 ∈ {(π / 2), -(π / 2)}) → ((𝑋↑2) + (𝑌↑2)) ∈ ℂ)
41	40	subid1d 11557	. 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 2777	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 397   ∨ wo 846   ∧ w3a 1088   = wceq 1542   ∈ wcel 2107   ≠ wne 2941   ∖ cdif 3945  {csn 4628  {cpr 4630  ‘cfv 6541  (class class class)co 7406   ∈ cmpo 7408  ℂcc 11105  0cc0 11107   + caddc 11110   · cmul 11112   − cmin 11441  -cneg 11442   / cdiv 11868  2c2 12264  ↑cexp 14024  ℑcim 15042  abscabs 15178  cosccos 16005  πcpi 16007  logclog 26055

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7722  ax-inf2 9633  ax-cnex 11163  ax-resscn 11164  ax-1cn 11165  ax-icn 11166  ax-addcl 11167  ax-addrcl 11168  ax-mulcl 11169  ax-mulrcl 11170  ax-mulcom 11171  ax-addass 11172  ax-mulass 11173  ax-distr 11174  ax-i2m1 11175  ax-1ne0 11176  ax-1rid 11177  ax-rnegex 11178  ax-rrecex 11179  ax-cnre 11180  ax-pre-lttri 11181  ax-pre-lttrn 11182  ax-pre-ltadd 11183  ax-pre-mulgt0 11184  ax-pre-sup 11185  ax-addf 11186  ax-mulf 11187

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-tp 4633  df-op 4635  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-iin 5000  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-se 5632  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6298  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6493  df-fun 6543  df-fn 6544  df-f 6545  df-f1 6546  df-fo 6547  df-f1o 6548  df-fv 6549  df-isom 6550  df-riota 7362  df-ov 7409  df-oprab 7410  df-mpo 7411  df-of 7667  df-om 7853  df-1st 7972  df-2nd 7973  df-supp 8144  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8368  df-rdg 8407  df-1o 8463  df-2o 8464  df-er 8700  df-map 8819  df-pm 8820  df-ixp 8889  df-en 8937  df-dom 8938  df-sdom 8939  df-fin 8940  df-fsupp 9359  df-fi 9403  df-sup 9434  df-inf 9435  df-oi 9502  df-card 9931  df-pnf 11247  df-mnf 11248  df-xr 11249  df-ltxr 11250  df-le 11251  df-sub 11443  df-neg 11444  df-div 11869  df-nn 12210  df-2 12272  df-3 12273  df-4 12274  df-5 12275  df-6 12276  df-7 12277  df-8 12278  df-9 12279  df-n0 12470  df-z 12556  df-dec 12675  df-uz 12820  df-q 12930  df-rp 12972  df-xneg 13089  df-xadd 13090  df-xmul 13091  df-ioo 13325  df-ioc 13326  df-ico 13327  df-icc 13328  df-fz 13482  df-fzo 13625  df-fl 13754  df-mod 13832  df-seq 13964  df-exp 14025  df-fac 14231  df-bc 14260  df-hash 14288  df-shft 15011  df-cj 15043  df-re 15044  df-im 15045  df-sqrt 15179  df-abs 15180  df-limsup 15412  df-clim 15429  df-rlim 15430  df-sum 15630  df-ef 16008  df-sin 16010  df-cos 16011  df-pi 16013  df-struct 17077  df-sets 17094  df-slot 17112  df-ndx 17124  df-base 17142  df-ress 17171  df-plusg 17207  df-mulr 17208  df-starv 17209  df-sca 17210  df-vsca 17211  df-ip 17212  df-tset 17213  df-ple 17214  df-ds 17216  df-unif 17217  df-hom 17218  df-cco 17219  df-rest 17365  df-topn 17366  df-0g 17384  df-gsum 17385  df-topgen 17386  df-pt 17387  df-prds 17390  df-xrs 17445  df-qtop 17450  df-imas 17451  df-xps 17453  df-mre 17527  df-mrc 17528  df-acs 17530  df-mgm 18558  df-sgrp 18607  df-mnd 18623  df-submnd 18669  df-mulg 18946  df-cntz 19176  df-cmn 19645  df-psmet 20929  df-xmet 20930  df-met 20931  df-bl 20932  df-mopn 20933  df-fbas 20934  df-fg 20935  df-cnfld 20938  df-top 22388  df-topon 22405  df-topsp 22427  df-bases 22441  df-cld 22515  df-ntr 22516  df-cls 22517  df-nei 22594  df-lp 22632  df-perf 22633  df-cn 22723  df-cnp 22724  df-haus 22811  df-tx 23058  df-hmeo 23251  df-fil 23342  df-fm 23434  df-flim 23435  df-flf 23436  df-xms 23818  df-ms 23819  df-tms 23820  df-cncf 24386  df-limc 25375  df-dv 25376  df-log 26057

This theorem is referenced by:  chordthmlem3  26329