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

Theorem rrxsphere 49999
Description: The sphere with center 𝑀 and radius 𝑅 in a generalized real Euclidean space of finite dimension. Remark: this theorem holds also for the degenerate case 𝑅 < 0 (negative radius): in this case, (𝑀𝑆𝑅) is empty. (Contributed by AV, 5-Feb-2023.)
Hypotheses
Ref Expression
rrxspheres.e 𝐸 = (ℝ^‘𝐼)
rrxspheres.p 𝑃 = (ℝ ↑m 𝐼)
rrxspheres.d 𝐷 = (dist‘𝐸)
rrxspheres.s 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
Assertion
Ref Expression
rrxsphere ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
Distinct variable groups:   𝐸,𝑝   𝐼,𝑝   𝑀,𝑝   𝑃,𝑝   𝑅,𝑝
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑝)   𝑆(𝑝)

Proof of Theorem rrxsphere
Dummy variables 𝑟 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rrxspheres.e . . . . . 6 𝐸 = (ℝ^‘𝐼)
21fvexi 6907 . . . . 5 𝐸 ∈ V
3 rrxspheres.p . . . . . . . . . 10 𝑃 = (ℝ ↑m 𝐼)
4 id 23 . . . . . . . . . . 11 (𝐼 ∈ Fin → 𝐼 ∈ Fin)
5 eqid 2763 . . . . . . . . . . 11 (Base‘𝐸) = (Base‘𝐸)
64, 1, 5rrxbasefi 25743 . . . . . . . . . 10 (𝐼 ∈ Fin → (Base‘𝐸) = (ℝ ↑m 𝐼))
73, 6eqtr4id 2817 . . . . . . . . 9 (𝐼 ∈ Fin → 𝑃 = (Base‘𝐸))
87eleq2d 2849 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ Fin → (𝑀 ∈ 𝑃 ↔ 𝑀 ∈ (Base‘𝐸)))
98biimpa 482 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃) → 𝑀 ∈ (Base‘𝐸))
1093adant3 1150 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → 𝑀 ∈ (Base‘𝐸))
1110adantl 487 . . . . 5 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → 𝑀 ∈ (Base‘𝐸))
12 rexr 11365 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ ℝ → 𝑅 ∈ ℝ*)
13123ad2ant3 1153 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → 𝑅 ∈ ℝ*)
1413anim2i 629 . . . . . . 7 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → (0 ≤ 𝑅 ∧ 𝑅 ∈ ℝ*))
1514ancomd 467 . . . . . 6 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅))
16 elxrge0 13598 . . . . . 6 (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅))
1715, 16sylibr 237 . . . . 5 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → 𝑅 ∈ (0[,]+∞))
18 rrxspheres.s . . . . . 6 𝑆 = (Sphere‘𝐸)
19 rrxspheres.d . . . . . 6 𝐷 = (dist‘𝐸)
205, 18, 19sphere 49998 . . . . 5 ((𝐸 ∈ V ∧ 𝑀 ∈ (Base‘𝐸) ∧ 𝑅 ∈ (0[,]+∞)) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ (Base‘𝐸) ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
212, 11, 17, 20mp3an2i 1495 . . . 4 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ (Base‘𝐸) ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
22 simp1 1154 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → 𝐼 ∈ Fin)
2322, 1, 5rrxbasefi 25743 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (Base‘𝐸) = (ℝ ↑m 𝐼))
2423, 3eqtr4di 2816 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (Base‘𝐸) = 𝑃)
2524adantl 487 . . . . 5 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → (Base‘𝐸) = 𝑃)
2625rabeqdv 3430 . . . 4 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → {𝑝 ∈ (Base‘𝐸) ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅} = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
2721, 26eqtrd 2798 . . 3 ((0 ≤ 𝑅 ∧ (𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ)) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
2827ex 418 . 2 (0 ≤ 𝑅 → ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅}))
295, 18, 19spheres 49997 . . . . . . 7 (𝐸 ∈ V → 𝑆 = (𝑥 ∈ (Base‘𝐸), 𝑟 ∈ (0[,]+∞) ↦ {𝑝 ∈ (Base‘𝐸) ∣ (𝑝𝐷𝑥) = 𝑟}))
302, 29ax-mp 5 . . . . . 6 𝑆 = (𝑥 ∈ (Base‘𝐸), 𝑟 ∈ (0[,]+∞) ↦ {𝑝 ∈ (Base‘𝐸) ∣ (𝑝𝐷𝑥) = 𝑟})
31 fvex 6906 . . . . . . 7 (Base‘𝐸) ∈ V
3231rabex 5303 . . . . . 6 {𝑝 ∈ (Base‘𝐸) ∣ (𝑝𝐷𝑥) = 𝑟} ∈ V
3330, 32dmmpo 8090 . . . . 5 dom 𝑆 = ((Base‘𝐸) × (0[,]+∞))
34 0xr 11366 . . . . . . . . . . 11 0 ∈ ℝ*
35 pnfxr 11373 . . . . . . . . . . 11 +∞ ∈ ℝ*
3634, 35pm3.2i 476 . . . . . . . . . 10 (0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*)
37 elicc1 13530 . . . . . . . . . 10 ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) → (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅 ∧ 𝑅 ≤ +∞)))
3836, 37mp1i 14 . . . . . . . . 9 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅 ∧ 𝑅 ≤ +∞)))
39 simp2 1155 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅 ∧ 𝑅 ≤ +∞) → 0 ≤ 𝑅)
4038, 39biimtrdi 256 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑅 ∈ (0[,]+∞) → 0 ≤ 𝑅))
4140con3d 153 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (¬ 0 ≤ 𝑅 → ¬ 𝑅 ∈ (0[,]+∞)))
4241imp 412 . . . . . 6 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → ¬ 𝑅 ∈ (0[,]+∞))
4342intnand 494 . . . . 5 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → ¬ (𝑀 ∈ (Base‘𝐸) ∧ 𝑅 ∈ (0[,]+∞)))
44 ndmovg 7611 . . . . 5 ((dom 𝑆 = ((Base‘𝐸) × (0[,]+∞)) ∧ ¬ (𝑀 ∈ (Base‘𝐸) ∧ 𝑅 ∈ (0[,]+∞))) → (𝑀𝑆𝑅) = ∅)
4533, 43, 44sylancr 599 . . . 4 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → (𝑀𝑆𝑅) = ∅)
461fveq2i 6896 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (dist‘𝐸) = (dist‘(ℝ^‘𝐼))
4719, 46eqtri 2786 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝐷 = (dist‘(ℝ^‘𝐼))
4847rrxmetfi 25745 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐼 ∈ Fin → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
49483ad2ant1 1151 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
5049adantr 486 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
513fveq2i 6896 . . . . . . . . . . . 12 (Met‘𝑃) = (Met‘(ℝ ↑m 𝐼))
5250, 51eleqtrrdi 2874 . . . . . . . . . . 11 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑃))
53 simpr 490 . . . . . . . . . . 11 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 𝑝 ∈ 𝑃)
54 simp2 1155 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → 𝑀 ∈ 𝑃)
5554adantr 486 . . . . . . . . . . 11 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 𝑀 ∈ 𝑃)
56 metge0 24676 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (Met‘𝑃) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃 ∧ 𝑀 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (𝑝𝐷𝑀))
5752, 53, 55, 56syl3anc 1398 . . . . . . . . . 10 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → 0 ≤ (𝑝𝐷𝑀))
58 breq2 5109 . . . . . . . . . 10 ((𝑝𝐷𝑀) = 𝑅 → (0 ≤ (𝑝𝐷𝑀) ↔ 0 ≤ 𝑅))
5957, 58syl5ibcom 248 . . . . . . . . 9 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ((𝑝𝐷𝑀) = 𝑅 → 0 ≤ 𝑅))
6059con3d 153 . . . . . . . 8 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → (¬ 0 ≤ 𝑅 → ¬ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅))
6160impancom 457 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → (𝑝 ∈ 𝑃 → ¬ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅))
6261imp 412 . . . . . 6 ((((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) ∧ 𝑝 ∈ 𝑃) → ¬ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅)
6362ralrimiva 3157 . . . . 5 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → ∀𝑝 ∈ 𝑃 ¬ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅)
64 eqcom 2770 . . . . . 6 (∅ = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅} ↔ {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅} = ∅)
65 rabeq0 4340 . . . . . 6 ({𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅} = ∅ ↔ ∀𝑝 ∈ 𝑃 ¬ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅)
6664, 65bitri 278 . . . . 5 (∅ = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅} ↔ ∀𝑝 ∈ 𝑃 ¬ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅)
6763, 66sylibr 237 . . . 4 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → ∅ = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
6845, 67eqtrd 2798 . . 3 (((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) ∧ ¬ 0 ≤ 𝑅) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
6968expcom 419 . 2 (¬ 0 ≤ 𝑅 → ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅}))
7028, 69pm2.61i 184 1 ((𝐼 ∈ Fin ∧ 𝑀 ∈ 𝑃 ∧ 𝑅 ∈ ℝ) → (𝑀𝑆𝑅) = {𝑝 ∈ 𝑃 ∣ (𝑝𝐷𝑀) = 𝑅})
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1569   ∈ wcel 2146  ∀wral 3079  {crab 3415  Vcvv 3453  ∅c0 4280   class class class wbr 5105   × cxp 5652  dom cdm 5654  ‘cfv 6546  (class class class)co 7427   ∈ cmpo 7429   ↑m cmap 8858  Fincfn 8984  ℝcr 11209  0cc0 11210  +∞cpnf 11350  ℝ*cxr 11352   ≤ cle 11354  [,]cicc 13489  Basecbs 17399  distcds 17449  Metcmet 21676  ℝ^crrx 25716  Spherecsph 49980
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 1944  ax-6 2001  ax-7 2042  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2196  ax-12 2215  ax-ext 2735  ax-rep 5234  ax-sep 5251  ax-nul 5262  ax-pow 5330  ax-pr 5394  ax-un 7758  ax-inf2 9652  ax-cnex 11266  ax-resscn 11267  ax-1cn 11268  ax-icn 11269  ax-addcl 11270  ax-addrcl 11271  ax-mulcl 11272  ax-mulrcl 11273  ax-mulcom 11274  ax-addass 11275  ax-mulass 11276  ax-distr 11277  ax-i2m1 11278  ax-1ne0 11279  ax-1rid 11280  ax-rnegex 11281  ax-rrecex 11282  ax-cnre 11283  ax-pre-lttri 11284  ax-pre-lttrn 11285  ax-pre-ltadd 11286  ax-pre-mulgt0 11287  ax-pre-sup 11288  ax-addf 11289  ax-mulf 11290
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 2101  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3455  df-sbc 3742  df-csb 3851  df-ss 3900  df-pss 4016  df-dif 4049  df-in 4093  df-un 4153  df-nul 4281  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4588  df-pr 4590  df-tp 4592  df-op 4838  df-uni 4870  df-int 4910  df-iun 4955  df-br 5106  df-opab 5170  df-mpt 5189  df-tr 5215  df-id 5549  df-eprel 5554  df-po 5562  df-so 5563  df-fr 5607  df-se 5608  df-we 5609  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6310  df-ord 6371  df-on 6372  df-lim 6373  df-suc 6374  df-iota 6500  df-fun 6548  df-fn 6549  df-f 6550  df-f1 6551  df-fo 6552  df-f1o 6553  df-fv 6554  df-isom 6555  df-riota 7384  df-ov 7430  df-oprab 7431  df-mpo 7432  df-of 7700  df-om 7885  df-1st 8008  df-2nd 8009  df-supp 8188  df-tpos 8254  df-frecs 8310  df-wrecs 8341  df-recs 8390  df-rdg 8429  df-1o 8487  df-er 8728  df-map 8860  df-ixp 8937  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  df-fsupp 9365  df-sup 9444  df-oi 9514  df-card 10030  df-pnf 11355  df-mnf 11356  df-xr 11357  df-ltxr 11358  df-le 11359  df-sub 11553  df-neg 11554  df-div 11984  df-nn 12346  df-2 12415  df-3 12416  df-4 12417  df-5 12418  df-6 12419  df-7 12420  df-8 12421  df-9 12422  df-n0 12617  df-z 12704  df-dec 12825  df-uz 12976  df-rp 13131  df-xneg 13251  df-xadd 13252  df-xmul 13253  df-ico 13492  df-icc 13493  df-fz 13650  df-fzo 13799  df-seq 14155  df-exp 14215  df-hash 14485  df-cj 15278  df-re 15279  df-im 15280  df-sqrt 15414  df-abs 15415  df-clim 15667  df-sum 15866  df-struct 17337  df-sets 17354  df-slot 17372  df-ndx 17384  df-base 17400  df-ress 17421  df-plusg 17453  df-mulr 17454  df-starv 17455  df-sca 17456  df-vsca 17457  df-ip 17458  df-tset 17459  df-ple 17460  df-ds 17462  df-unif 17463  df-hom 17464  df-cco 17465  df-0g 17624  df-gsum 17625  df-prds 17630  df-pws 17632  df-mgm 18828  df-sgrp 18920  df-mnd 18936  df-mhm 18990  df-grp 19159  df-minusg 19160  df-sbg 19161  df-subg 19345  df-ghm 19440  df-cntz 19543  df-cmn 20008  df-abl 20009  df-mgp 20373  df-rng 20387  df-ur 20420  df-ring 20473  df-cring 20474  df-oppr 20579  df-dvdsr 20599  df-unit 20600  df-invr 20630  df-dvr 20643  df-rhm 20714  df-subrng 20810  df-subrg 20834  df-drng 20994  df-field 20995  df-staf 21108  df-srng 21109  df-lmod 21149  df-lss 21219  df-sra 21460  df-rgmod 21461  df-xmet 21683  df-met 21684  df-cnfld 21691  df-refld 21923  df-dsmm 22050  df-frlm 22065  df-nm 24913  df-tng 24915  df-tcph 25502  df-rrx 25718  df-sph 49982
This theorem is used by:  2sphere  50000
  Copyright terms: Public domain W3C validator