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 48813
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 11340 . . . . . . 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 11340 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
87ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐵 ∈ ℂ)
9 requad2.c . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
109recnd 11340 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ)
1110ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐶 ∈ ℂ)
12 recn 11293 . . . . . . 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 27173 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (((𝐴 · (𝑥↑2)) + ((𝐵 · 𝑥) + 𝐶)) = 0 ↔ (𝑥 = (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∨ 𝑥 = (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)))))
1716reubidva 3379 . . . 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 11746 . . . . . . . 8 (𝜑 → -𝐵 ∈ ℝ)
1918adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → -𝐵 ∈ ℝ)
206resqcld 14271 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐵↑2) ∈ ℝ)
21 4re 12430 . . . . . . . . . . . 12 4 ∈ ℝ
2221a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 4 ∈ ℝ)
231, 9remulcld 11342 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐴 · 𝐶) ∈ ℝ)
2422, 23remulcld 11342 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (4 · (𝐴 · 𝐶)) ∈ ℝ)
2520, 24resubcld 11747 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐵↑2) − (4 · (𝐴 · 𝐶))) ∈ ℝ)
2614, 25eqeltrd 2860 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐷 ∈ ℝ)
27 resqrtcl 15425 . . . . . . . 8 ((𝐷 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐷) → (√‘𝐷) ∈ ℝ)
2826, 27sylan 592 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (√‘𝐷) ∈ ℝ)
2919, 28readdcld 11341 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -𝐵 + (√‘𝐷)) ∈ ℝ)
30 2re 12420 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℝ
3130a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ∈ ℝ)
3231, 1remulcld 11342 . . . . . . 7 (𝜑 → (2 · 𝐴) ∈ ℝ)
3332adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (2 · 𝐴) ∈ ℝ)
34 2cnd 12424 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
35 2ne0 12452 . . . . . . . . 9 2 ≠ 0
3635a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ≠ 0)
3734, 2, 36, 4mulne0d 11971 . . . . . . 7 (𝜑 → (2 · 𝐴) ≠ 0)
3837adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (2 · 𝐴) ≠ 0)
3929, 33, 38redivcld 12148 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 + (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∈ ℝ)
4019, 28resubcld 11747 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -𝐵 − (√‘𝐷)) ∈ ℝ)
4140, 33, 38redivcld 12148 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) ∈ ℝ)
42 euoreqb 48272 . . . . 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 11659 . . . . . . . 8 (𝜑 → -𝐵 ∈ ℂ)
4526recnd 11340 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝐷 ∈ ℂ)
4645sqrtcld 15612 . . . . . . . 8 (𝜑 → (√‘𝐷) ∈ ℂ)
4732recnd 11340 . . . . . . . 8 (𝜑 → (2 · 𝐴) ∈ ℂ)
4844, 46, 47, 37divdird 12134 . . . . . . 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 12135 . . . . . . . 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 12096 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ( -𝐵 / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5352adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -𝐵 / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5446, 47, 37divcld 12096 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5554adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
5653, 55negsubd 11678 . . . . . . 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 12109 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → -((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)))
6059oveq2d 7436 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + -((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
6151, 56, 603eqtr2d 2801 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → (( -𝐵 − (√‘𝐷)) / (2 · 𝐴)) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
6249, 61eqeq12d 2776 . . . . 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 11659 . . . . . . . . 9 (𝜑 → -(√‘𝐷) ∈ ℂ)
6463, 47, 37divcld 12096 . . . . . . . 8 (𝜑 → ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
6564adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ∈ ℂ)
6653, 55, 65addcand 11516 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) = (( -𝐵 / (2 · 𝐴)) + ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))) ↔ ((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴))))
67 div11 12005 . . . . . . . 8 (((√‘𝐷) ∈ ℂ ∧ -(√‘𝐷) ∈ ℂ ∧ ((2 · 𝐴) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝐴) ≠ 0)) → (((√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) = ( -(√‘𝐷) / (2 · 𝐴)) ↔ (√‘𝐷) = -(√‘𝐷)))
6846, 63, 47, 37, 67syl112anc 1401 . . . . . . 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 12041 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 0 ≤ 𝐷) → ((√‘𝐷) = -(√‘𝐷) ↔ (√‘𝐷) = 0))
71 sqrt00 15435 . . . . . . . 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 48812 . . . . . . . 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 3369 . . . . . 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 11314 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
8526, 84ltnled 11460 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐷 < 0 ↔ ¬ 0 ≤ 𝐷))
8685biimparc 485 . . . . . 6 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → 𝐷 < 0)
8786lt0ne0d 11884 . . . . 5 ((¬ 0 ≤ 𝐷 ∧ 𝜑) → 𝐷 ≠ 0)
88 eqneqall 2966 . . . . 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 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  ∃wrex 3086  ∃!wreu 3363   class class class wbr 5102  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11201  ℝcr 11202  0cc0 11203   + caddc 11206   · cmul 11208   < clt 11346   ≤ cle 11347   − cmin 11544   -cneg 11545   / cdiv 11976  2c2 12400  4c4 12402  ↑cexp 14207  √csqrt 15405
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-2nd 8002  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-er 8720  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-sup 9437  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-div 11977  df-nn 12339  df-2 12408  df-3 12409  df-4 12410  df-n0 12610  df-z 12697  df-uz 12969  df-rp 13124  df-seq 14148  df-exp 14208  df-cj 15271  df-re 15272  df-im 15273  df-sqrt 15407  df-abs 15408
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator