Users' Mathboxes Mathbox for Alexander van der Vekens < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  requad1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem requad1 48935
Description: A condition for a quadratic equation with real coefficients to have (exactly) one real solution. (Contributed by AV, 26-Jan-2023.)
Hypotheses
Ref Expression
requad2.a (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
requad2.z (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
requad2.b (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
requad2.c (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
requad2.d (𝜑 → 𝐷 = ((𝐵↑2) − (4 · (𝐴 · 𝐶))))
Assertion
Ref Expression
requad1 (𝜑 → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 𝐷 = 0))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐶   𝑥,𝐷   𝜑,𝑥

Proof of Theorem requad1
StepHypRef Expression
1 requad2.a . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
21recnd 11367 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
32ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐴 ∈ ℂ)
4 requad2.z . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
54ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐴 ≠ 0)
6 requad2.b . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
76recnd 11367 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
87ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐵 ∈ ℂ)
9 requad2.c . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
109recnd 11367 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ)
1110ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐶 ∈ ℂ)
12 recn 11320 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℂ)
1312adantl 487 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝑥 ∈ ℂ)
14 requad2.d . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐷 = ((𝐵↑2) − (4 · (𝐴 · 𝐶))))
1514ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐷 = ((𝐵↑2) − (4 · (𝐴 · 𝐶))))
163, 5, 8, 11, 13, 15quad 27201 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ (𝑥 = (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∨ 𝑥 = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)))))
1716reubidva 3383 . . . 4 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ ∃!𝑥 ∈ ℝ (𝑥 = (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∨ 𝑥 = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)))))
186renegcld 11773 . . . . . . . 8 (𝜑 → -𝐵 ∈ ℝ)
1918adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → -𝐵 ∈ ℝ)
206resqcld 14298 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐵↑2) ∈ ℝ)
21 4re 12457 . . . . . . . . . . . 12 4 ∈ ℝ
2221a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 4 ∈ ℝ)
231, 9remulcld 11369 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐴 · 𝐶) ∈ ℝ)
2422, 23remulcld 11369 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (4 · (𝐴 · 𝐶)) ∈ ℝ)
2520, 24resubcld 11774 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐵↑2) − (4 · (𝐴 · 𝐶))) ∈ ℝ)
2614, 25eqeltrd 2864 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐷 ∈ ℝ)
27 resqrtcl 15452 . . . . . . . 8 ((𝐷 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐷) → (√‘𝐷) ∈ ℝ)
2826, 27sylan 592 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (√‘𝐷) ∈ ℝ)
2919, 28readdcld 11368 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -𝐵 + (√‘𝐷)) ∈ ℝ)
30 2re 12447 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℝ
3130a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ∈ ℝ)
3231, 1remulcld 11369 . . . . . . 7 (𝜑 → (2 · 𝐴) ∈ ℝ)
3332adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (2 · 𝐴) ∈ ℝ)
34 2cnd 12451 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
35 2ne0 12479 . . . . . . . . 9 2 ≠ 0
3635a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ≠ 0)
3734, 2, 36, 4mulne0d 11998 . . . . . . 7 (𝜑 → (2 · 𝐴) ≠ 0)
3837adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (2 · 𝐴) ≠ 0)
3929, 33, 38redivcld 12175 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∈ ℝ)
4019, 28resubcld 11774 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -𝐵 − (√‘𝐷)) ∈ ℝ)
4140, 33, 38redivcld 12175 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∈ ℝ)
42 euoreqb 48395 . . . . 5 (((( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∈ ℝ ∧ (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∈ ℝ) → (∃!𝑥 ∈ ℝ (𝑥 = (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∨ 𝑥 = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴))) ↔ (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴))))
4339, 41, 42syl2anc 596 . . . 4 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (∃!𝑥 ∈ ℝ (𝑥 = (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∨ 𝑥 = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴))) ↔ (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴))))
447negcld 11686 . . . . . . . 8 (𝜑 → -𝐵 ∈ ℂ)
4526recnd 11367 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝐷 ∈ ℂ)
4645sqrtcld 15639 . . . . . . . 8 (𝜑 → (√‘𝐷) ∈ ℂ)
4732recnd 11367 . . . . . . . 8 (𝜑 → (2 · 𝐴) ∈ ℂ)
4844, 46, 47, 37divdird 12161 . . . . . . 7 (𝜑 → (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
4948adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
5044, 46, 47, 37divsubdird 12162 . . . . . . . 8 (𝜑 → (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) − ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
5150adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) − ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
5244, 47, 37divcld 12123 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ( -𝐵 / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5352adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -𝐵 / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5446, 47, 37divcld 12123 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5554adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5653, 55negsubd 11705 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + -((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) − ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
5746adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (√‘𝐷) ∈ ℂ)
5847adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (2 · 𝐴) ∈ ℂ)
5957, 58, 38divnegd 12136 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → -((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)))
6059oveq2d 7462 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + -((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
6151, 56, 603eqtr2d 2804 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
6249, 61eqeq12d 2779 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ↔ (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)))))
6346negcld 11686 . . . . . . . . 9 (𝜑 → -(√‘𝐷) ∈ ℂ)
6463, 47, 37divcld 12123 . . . . . . . 8 (𝜑 → ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
6564adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
6653, 55, 65addcand 11543 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) ↔ ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
67 div11 12032 . . . . . . . 8 (((√‘𝐷) ∈ ℂ ∧ -(√‘𝐷) ∈ ℂ ∧ ((2 · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝐴) ≠ 0)) → (((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ↔ (√‘𝐷) = -(√‘𝐷)))
6846, 63, 47, 37, 67syl112anc 1402 . . . . . . 7 (𝜑 → (((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ↔ (√‘𝐷) = -(√‘𝐷)))
6968adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ↔ (√‘𝐷) = -(√‘𝐷)))
7057eqnegd 12068 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) = -(√‘𝐷) ↔ (√‘𝐷) = 0))
71 sqrt00 15462 . . . . . . . 8 ((𝐷 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) = 0 ↔ 𝐷 = 0))
7226, 71sylan 592 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) = 0 ↔ 𝐷 = 0))
7370, 72bitrd 282 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) = -(√‘𝐷) ↔ 𝐷 = 0))
7466, 69, 733bitrd 308 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) ↔ 𝐷 = 0))
7562, 74bitrd 282 . . . 4 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ↔ 𝐷 = 0))
7617, 43, 753bitrd 308 . . 3 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 𝐷 = 0))
7776expcom 419 . 2 (0 ≤ 𝐷 → (𝜑 → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 𝐷 = 0)))
781, 4, 6, 9, 14requad01 48934 . . . . . . . 8 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 0 ≤ 𝐷))
7978notbid 321 . . . . . . 7 (𝜑 → (¬ ∃𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ ¬ 0 ≤ 𝐷))
8079biimparc 485 . . . . . 6 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → ¬ ∃𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0)
81 reurex 3373 . . . . . 6 (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 → ∃𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0)
8280, 81nsyl 141 . . . . 5 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → ¬ ∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0)
8382pm2.21d 122 . . . 4 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 → 𝐷 = 0))
84 0red 11341 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
8526, 84ltnled 11487 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐷 < 0 ↔ ¬ 0 ≤ 𝐷))
8685biimparc 485 . . . . . 6 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → 𝐷 < 0)
8786lt0ne0d 11911 . . . . 5 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → 𝐷 ≠ 0)
88 eqneqall 2970 . . . . 5 (𝐷 = 0 → (𝐷 ≠ 0 → ∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0))
8987, 88syl5com 32 . . . 4 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → (𝐷 = 0 → ∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0))
9083, 89impbid 215 . . 3 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 𝐷 = 0))
9190ex 418 . 2 (¬ 0 ≤ 𝐷 → (𝜑 → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 𝐷 = 0)))
9277, 91pm2.61i 184 1 (𝜑 → (∃!𝑥 ∈ ℝ ((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ 𝐷 = 0))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∨ wo 861   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∃wrex 3090  ∃!wreu 3367   class class class wbr 5106  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446  ℂcc 11228  ℝcr 11229  0cc0 11230   + caddc 11233   · cmul 11235   < clt 11373   ≤ cle 11374   − cmin 11571   -cneg 11572   / cdiv 12003  2c2 12427  4c4 12429  ↑cexp 14234  √csqrt 15432
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-om 7905  df-2nd 8029  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-er 8748  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-sup 9464  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-4 12437  df-n0 12637  df-z 12724  df-uz 12996  df-rp 13151  df-seq 14175  df-exp 14235  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator