Users' Mathboxes Mathbox for Luke Murphy < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  quadfac Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem quadfac 43005
Description: The solution of a quadratic equation via factoring. (Contributed by Luke Murphy, 10-Jul-2026.)
Hypotheses
Ref Expression
quadfac.a (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
quadfac.z (𝜑𝐴 ≠ 0)
quadfac.b (𝜑𝐵 ∈ ℂ)
quadfac.c (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
quadfac.x (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
quadfac.m (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
quadfac.n (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
quadfac.mpn (𝜑 → (𝑀 + 𝑁) = -(𝐵 / 𝐴))
quadfac.mtn (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) = (𝐶 / 𝐴))
Assertion
Ref Expression
quadfac (𝜑 → (((𝐴 · (𝑋↑2)) + ((𝐵 · 𝑋) + 𝐶)) = 0 ↔ (𝑋 = 𝑀𝑋 = 𝑁)))

Proof of Theorem quadfac
StepHypRef Expression
1 quadfac.x . . . 4 (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
2 quadfac.m . . . 4 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
31, 2subcld 11580 . . 3 (𝜑 → (𝑋𝑀) ∈ ℂ)
4 quadfac.n . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
51, 4subcld 11580 . . 3 (𝜑 → (𝑋𝑁) ∈ ℂ)
63, 5mul0ord 11873 . 2 (𝜑 → (((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = 0 ↔ ((𝑋𝑀) = 0 ∨ (𝑋𝑁) = 0)))
7 olc 882 . . . . . 6 ((((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0 → (𝐴 = 0 ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
8 quadfac.z . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ≠ 0)
98neneqd 2965 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ¬ 𝐴 = 0)
10 id 23 . . . . . . . . . 10 (𝐴 = 0 → 𝐴 = 0)
11 falim 1587 . . . . . . . . . 10 (⊥ → 𝐴 = 0)
1210, 11pm5.21ni 380 . . . . . . . . 9 𝐴 = 0 → (𝐴 = 0 ↔ ⊥))
139, 12syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴 = 0 ↔ ⊥))
1413orbi1d 930 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐴 = 0 ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0) ↔ (⊥ ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0)))
15 falim 1587 . . . . . . . . 9 (⊥ → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0)
16 id 23 . . . . . . . . 9 ((((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0 → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0)
1715, 16jaoi 871 . . . . . . . 8 ((⊥ ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0) → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0)
1817a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → ((⊥ ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0) → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
1914, 18sylbid 243 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐴 = 0 ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0) → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
207, 19impbid2 229 . . . . 5 (𝜑 → ((((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0 ↔ (𝐴 = 0 ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0)))
211, 2, 1, 4mulsubd 11684 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = (((𝑋 · 𝑋) + (𝑁 · 𝑀)) − ((𝑋 · 𝑁) + (𝑋 · 𝑀))))
221sqvald 14193 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑋↑2) = (𝑋 · 𝑋))
2322eqcomd 2771 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑋 · 𝑋) = (𝑋↑2))
242, 4mulcomd 11241 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) = (𝑁 · 𝑀))
25 quadfac.mtn . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 · 𝑁) = (𝐶 / 𝐴))
2624, 25eqtr3d 2802 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑁 · 𝑀) = (𝐶 / 𝐴))
2723, 26oveq12d 7434 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝑋 · 𝑋) + (𝑁 · 𝑀)) = ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)))
284, 2addcomd 11423 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑁 + 𝑀) = (𝑀 + 𝑁))
2928oveq1d 7431 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝑁 + 𝑀) · 𝑋) = ((𝑀 + 𝑁) · 𝑋))
304, 1mulcomd 11241 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑁 · 𝑋) = (𝑋 · 𝑁))
312, 1mulcomd 11241 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑀 · 𝑋) = (𝑋 · 𝑀))
3230, 31oveq12d 7434 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑁 · 𝑋) + (𝑀 · 𝑋)) = ((𝑋 · 𝑁) + (𝑋 · 𝑀)))
334, 1, 2, 32joinlmuladdmuld 11247 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝑁 + 𝑀) · 𝑋) = ((𝑋 · 𝑁) + (𝑋 · 𝑀)))
34 quadfac.mpn . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 + 𝑁) = -(𝐵 / 𝐴))
3534oveq1d 7431 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝑀 + 𝑁) · 𝑋) = (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋))
3629, 33, 353eqtr3d 2808 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝑋 · 𝑁) + (𝑋 · 𝑀)) = (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋))
3727, 36oveq12d 7434 . . . . . . . 8 (𝜑 → (((𝑋 · 𝑋) + (𝑁 · 𝑀)) − ((𝑋 · 𝑁) + (𝑋 · 𝑀))) = (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋)))
3821, 37eqtrd 2800 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋)))
3938eqeq1d 2767 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = 0 ↔ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
40 quadfac.b . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵 ∈ ℂ)
41 quadfac.a . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
4240, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐵 / 𝐴) ∈ ℂ)
4342, 1mulneg1d 11678 . . . . . . . 8 (𝜑 → (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋) = -((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))
4443oveq2d 7432 . . . . . . 7 (𝜑 → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − -((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)))
4544eqeq1d 2767 . . . . . 6 (𝜑 → ((((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − (-(𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0 ↔ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − -((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
461sqcld 14194 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
47 quadfac.c . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
4847, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐶 / 𝐴) ∈ ℂ)
4946, 48addcld 11239 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) ∈ ℂ)
5040, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐵 / 𝐴) ∈ ℂ)
5150, 1mulcld 11240 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋) ∈ ℂ)
5249, 51subnegd 11587 . . . . . . 7 (𝜑 → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − -((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)))
5352eqeq1d 2767 . . . . . 6 (𝜑 → ((((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) − -((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0 ↔ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
5439, 45, 533bitrd 308 . . . . 5 (𝜑 → (((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = 0 ↔ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0))
551sqcld 14194 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
5647, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐶 / 𝐴) ∈ ℂ)
5755, 56addcld 11239 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) ∈ ℂ)
5840, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐵 / 𝐴) ∈ ℂ)
5958, 1mulcld 11240 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋) ∈ ℂ)
6057, 59addcld 11239 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) ∈ ℂ)
6141, 60mul0ord 11873 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐴 · (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = 0 ↔ (𝐴 = 0 ∨ (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = 0)))
6220, 54, 613bitr4d 314 . . . 4 (𝜑 → (((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = 0 ↔ (𝐴 · (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = 0))
631sqcld 14194 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
6447, 41, 8divcld 12002 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐶 / 𝐴) ∈ ℂ)
6563, 64addcld 11239 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) ∈ ℂ)
6640, 41, 8divcld 12002 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵 / 𝐴) ∈ ℂ)
6766, 1mulcld 11240 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋) ∈ ℂ)
6841, 65, 67adddid 11244 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 · (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = ((𝐴 · ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴))) + (𝐴 · ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))))
6968eqeq1d 2767 . . . 4 (𝜑 → ((𝐴 · (((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴)) + ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = 0 ↔ ((𝐴 · ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴))) + (𝐴 · ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = 0))
701sqcld 14194 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
7147, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐶 / 𝐴) ∈ ℂ)
7241, 70, 71adddid 11244 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴 · ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴))) = ((𝐴 · (𝑋↑2)) + (𝐴 · (𝐶 / 𝐴))))
7347, 41, 8divcan2d 12004 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴 · (𝐶 / 𝐴)) = 𝐶)
7473oveq2d 7432 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐴 · (𝑋↑2)) + (𝐴 · (𝐶 / 𝐴))) = ((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶))
7572, 74eqtrd 2800 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐴 · ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴))) = ((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶))
7640, 41, 8divcld 12002 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐵 / 𝐴) ∈ ℂ)
7741, 76, 1mulassd 11243 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐴 · (𝐵 / 𝐴)) · 𝑋) = (𝐴 · ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)))
7840, 41, 8divcan2d 12004 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴 · (𝐵 / 𝐴)) = 𝐵)
7978oveq1d 7431 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐴 · (𝐵 / 𝐴)) · 𝑋) = (𝐵 · 𝑋))
8077, 79eqtr3d 2802 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐴 · ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋)) = (𝐵 · 𝑋))
8175, 80oveq12d 7434 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐴 · ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴))) + (𝐴 · ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = (((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶) + (𝐵 · 𝑋)))
8281eqeq1d 2767 . . . 4 (𝜑 → (((𝐴 · ((𝑋↑2) + (𝐶 / 𝐴))) + (𝐴 · ((𝐵 / 𝐴) · 𝑋))) = 0 ↔ (((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶) + (𝐵 · 𝑋)) = 0))
8362, 69, 823bitrd 308 . . 3 (𝜑 → (((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = 0 ↔ (((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶) + (𝐵 · 𝑋)) = 0))
841sqcld 14194 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑋↑2) ∈ ℂ)
8541, 84mulcld 11240 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 · (𝑋↑2)) ∈ ℂ)
8640, 1mulcld 11240 . . . . 5 (𝜑 → (𝐵 · 𝑋) ∈ ℂ)
8785, 47, 86addassd 11242 . . . 4 (𝜑 → (((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶) + (𝐵 · 𝑋)) = ((𝐴 · (𝑋↑2)) + (𝐶 + (𝐵 · 𝑋))))
8887eqeq1d 2767 . . 3 (𝜑 → ((((𝐴 · (𝑋↑2)) + 𝐶) + (𝐵 · 𝑋)) = 0 ↔ ((𝐴 · (𝑋↑2)) + (𝐶 + (𝐵 · 𝑋))) = 0))
8940, 1mulcld 11240 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐵 · 𝑋) ∈ ℂ)
9047, 89addcomd 11423 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶 + (𝐵 · 𝑋)) = ((𝐵 · 𝑋) + 𝐶))
9190oveq2d 7432 . . . 4 (𝜑 → ((𝐴 · (𝑋↑2)) + (𝐶 + (𝐵 · 𝑋))) = ((𝐴 · (𝑋↑2)) + ((𝐵 · 𝑋) + 𝐶)))
9291eqeq1d 2767 . . 3 (𝜑 → (((𝐴 · (𝑋↑2)) + (𝐶 + (𝐵 · 𝑋))) = 0 ↔ ((𝐴 · (𝑋↑2)) + ((𝐵 · 𝑋) + 𝐶)) = 0))
9383, 88, 923bitrd 308 . 2 (𝜑 → (((𝑋𝑀) · (𝑋𝑁)) = 0 ↔ ((𝐴 · (𝑋↑2)) + ((𝐵 · 𝑋) + 𝐶)) = 0))
941, 2subeq0ad 11590 . . 3 (𝜑 → ((𝑋𝑀) = 0 ↔ 𝑋 = 𝑀))
951, 4subeq0ad 11590 . . 3 (𝜑 → ((𝑋𝑁) = 0 ↔ 𝑋 = 𝑁))
9694, 95orbi12d 932 . 2 (𝜑 → (((𝑋𝑀) = 0 ∨ (𝑋𝑁) = 0) ↔ (𝑋 = 𝑀𝑋 = 𝑁)))
976, 93, 963bitr3d 312 1 (𝜑 → (((𝐴 · (𝑋↑2)) + ((𝐵 · 𝑋) + 𝐶)) = 0 ↔ (𝑋 = 𝑀𝑋 = 𝑁)))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3  wi 4  wb 209  wo 861   = wceq 1570  wfal 1582  wcel 2146  wne 2960  (class class class)co 7416  cc 11109  0cc0 11111   + caddc 11114   · cmul 11116  cmin 11452  -cneg 11453   / cdiv 11882  2c2 12306  cexp 14111
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738  ax-cnex 11167  ax-resscn 11168  ax-1cn 11169  ax-icn 11170  ax-addcl 11171  ax-addrcl 11172  ax-mulcl 11173  ax-mulrcl 11174  ax-mulcom 11175  ax-addass 11176  ax-mulass 11177  ax-distr 11178  ax-i2m1 11179  ax-1ne0 11180  ax-1rid 11181  ax-rnegex 11182  ax-rrecex 11183  ax-cnre 11184  ax-pre-lttri 11185  ax-pre-lttrn 11186  ax-pre-ltadd 11187  ax-pre-mulgt0 11188
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7865  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-er 8696  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11454  df-neg 11455  df-div 11883  df-nn 12245  df-2 12314  df-n0 12516  df-z 12603  df-uz 12875  df-seq 14052  df-exp 14112
This theorem is used by:  25or6to4  43006
  Copyright terms: Public domain W3C validator