Users' Mathboxes Mathbox for Saveliy Skresanov < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  sigarcol Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sigarcol 41573
Description: Given three points 𝐴, 𝐵 and 𝐶 such that ¬ 𝐴 = 𝐵, the point 𝐶 lies on the line going through 𝐴 and 𝐵 iff the corresponding signed area is zero. That justifies the usage of signed area as a collinearity indicator. (Contributed by Saveliy Skresanov, 22-Sep-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
sigarcol.sigar 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ, 𝑦 ∈ ℂ ↦ (ℑ‘((∗‘𝑥) · 𝑦)))
sigarcol.a (𝜑 → (𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ))
sigarcol.b (𝜑 → ¬ 𝐴 = 𝐵)
Assertion
Ref Expression
sigarcol (𝜑 → (((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0 ↔ ∃𝑡 ∈ ℝ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑡,𝑦,𝐴   𝑡,𝐵,𝑥,𝑦   𝑡,𝐶,𝑥,𝑦   𝑡,𝐺   𝜑,𝑡
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦)   𝐺(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem sigarcol
StepHypRef Expression
1 sigarcol.sigar . . . . 5 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ, 𝑦 ∈ ℂ ↦ (ℑ‘((∗‘𝑥) · 𝑦)))
2 sigarcol.a . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ))
32simp2d 1137 . . . . . . 7 (𝜑𝐵 ∈ ℂ)
42simp3d 1138 . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
52simp1d 1136 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
63, 4, 53jca 1122 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ))
76adantr 466 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ))
8 sigarcol.b . . . . . 6 (𝜑 → ¬ 𝐴 = 𝐵)
98adantr 466 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → ¬ 𝐴 = 𝐵)
101sigarperm 41569 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ) → ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = ((𝐵𝐴)𝐺(𝐶𝐴)))
112, 10syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = ((𝐵𝐴)𝐺(𝐶𝐴)))
121sigarperm 41569 . . . . . . . . 9 ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((𝐵𝐴)𝐺(𝐶𝐴)) = ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)))
136, 12syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐵𝐴)𝐺(𝐶𝐴)) = ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)))
1411, 13eqtrd 2805 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)))
1514eqeq1d 2773 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0 ↔ ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) = 0))
1615biimpa 462 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) = 0)
171, 7, 9, 16sigardiv 41570 . . . 4 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → ((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) ∈ ℝ)
184, 3subcld 10594 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐶𝐵) ∈ ℂ)
1918adantr 466 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (𝐶𝐵) ∈ ℂ)
205, 3subcld 10594 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
2120adantr 466 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
225adantr 466 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → 𝐴 ∈ ℂ)
233adantr 466 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → 𝐵 ∈ ℂ)
249neqned 2950 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → 𝐴𝐵)
2522, 23, 24subne0d 10603 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (𝐴𝐵) ≠ 0)
2619, 21, 25divcan1d 11004 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵)) = (𝐶𝐵))
2726oveq2d 6809 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (𝐵 + (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵))) = (𝐵 + (𝐶𝐵)))
284adantr 466 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → 𝐶 ∈ ℂ)
2923, 28pncan3d 10597 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → (𝐵 + (𝐶𝐵)) = 𝐶)
3027, 29eqtr2d 2806 . . . 4 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → 𝐶 = (𝐵 + (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵))))
31 oveq1 6800 . . . . . . 7 (𝑡 = ((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) → (𝑡 · (𝐴𝐵)) = (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵)))
3231oveq2d 6809 . . . . . 6 (𝑡 = ((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) → (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))) = (𝐵 + (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵))))
3332eqeq2d 2781 . . . . 5 (𝑡 = ((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) → (𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))) ↔ 𝐶 = (𝐵 + (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵)))))
3433rspcev 3460 . . . 4 ((((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (((𝐶𝐵) / (𝐴𝐵)) · (𝐴𝐵)))) → ∃𝑡 ∈ ℝ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))))
3517, 30, 34syl2anc 565 . . 3 ((𝜑 ∧ ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0) → ∃𝑡 ∈ ℝ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))))
3635ex 397 . 2 (𝜑 → (((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0 → ∃𝑡 ∈ ℝ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))))
37143ad2ant1 1127 . . . 4 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)))
38 simp3 1132 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))))
3938oveq1d 6808 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (𝐶𝐵) = ((𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))) − 𝐵))
4033ad2ant1 1127 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → 𝐵 ∈ ℂ)
41 simp2 1131 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → 𝑡 ∈ ℝ)
4241recnd 10270 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → 𝑡 ∈ ℂ)
4353ad2ant1 1127 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → 𝐴 ∈ ℂ)
4443, 40subcld 10594 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (𝐴𝐵) ∈ ℂ)
4542, 44mulcld 10262 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (𝑡 · (𝐴𝐵)) ∈ ℂ)
4640, 45pncan2d 10596 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))) − 𝐵) = (𝑡 · (𝐴𝐵)))
4739, 46eqtrd 2805 . . . . . 6 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (𝐶𝐵) = (𝑡 · (𝐴𝐵)))
4847oveq1d 6808 . . . . 5 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) = ((𝑡 · (𝐴𝐵))𝐺(𝐴𝐵)))
4942, 44mulcomd 10263 . . . . . 6 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (𝑡 · (𝐴𝐵)) = ((𝐴𝐵) · 𝑡))
5049oveq1d 6808 . . . . 5 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝑡 · (𝐴𝐵))𝐺(𝐴𝐵)) = (((𝐴𝐵) · 𝑡)𝐺(𝐴𝐵)))
5148, 50eqtrd 2805 . . . 4 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐶𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) = (((𝐴𝐵) · 𝑡)𝐺(𝐴𝐵)))
5244, 42mulcld 10262 . . . . . 6 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐴𝐵) · 𝑡) ∈ ℂ)
531sigarac 41561 . . . . . 6 ((((𝐴𝐵) · 𝑡) ∈ ℂ ∧ (𝐴𝐵) ∈ ℂ) → (((𝐴𝐵) · 𝑡)𝐺(𝐴𝐵)) = -((𝐴𝐵)𝐺((𝐴𝐵) · 𝑡)))
5452, 44, 53syl2anc 565 . . . . 5 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (((𝐴𝐵) · 𝑡)𝐺(𝐴𝐵)) = -((𝐴𝐵)𝐺((𝐴𝐵) · 𝑡)))
551sigarls 41566 . . . . . . . 8 (((𝐴𝐵) ∈ ℂ ∧ (𝐴𝐵) ∈ ℂ ∧ 𝑡 ∈ ℝ) → ((𝐴𝐵)𝐺((𝐴𝐵) · 𝑡)) = (((𝐴𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) · 𝑡))
5644, 44, 41, 55syl3anc 1476 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐴𝐵)𝐺((𝐴𝐵) · 𝑡)) = (((𝐴𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) · 𝑡))
571sigarid 41567 . . . . . . . . 9 ((𝐴𝐵) ∈ ℂ → ((𝐴𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) = 0)
5844, 57syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐴𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) = 0)
5958oveq1d 6808 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (((𝐴𝐵)𝐺(𝐴𝐵)) · 𝑡) = (0 · 𝑡))
6042mul02d 10436 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (0 · 𝑡) = 0)
6156, 59, 603eqtrd 2809 . . . . . 6 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐴𝐵)𝐺((𝐴𝐵) · 𝑡)) = 0)
6261negeqd 10477 . . . . 5 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → -((𝐴𝐵)𝐺((𝐴𝐵) · 𝑡)) = -0)
63 neg0 10529 . . . . . 6 -0 = 0
6463a1i 11 . . . . 5 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → -0 = 0)
6554, 62, 643eqtrd 2809 . . . 4 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → (((𝐴𝐵) · 𝑡)𝐺(𝐴𝐵)) = 0)
6637, 51, 653eqtrd 2809 . . 3 ((𝜑𝑡 ∈ ℝ ∧ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))) → ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0)
6766rexlimdv3a 3181 . 2 (𝜑 → (∃𝑡 ∈ ℝ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵))) → ((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0))
6836, 67impbid 202 1 (𝜑 → (((𝐴𝐶)𝐺(𝐵𝐶)) = 0 ↔ ∃𝑡 ∈ ℝ 𝐶 = (𝐵 + (𝑡 · (𝐴𝐵)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 382  w3a 1071   = wceq 1631  wcel 2145  wrex 3062  cfv 6031  (class class class)co 6793  cmpt2 6795  cc 10136  cr 10137  0cc0 10138   + caddc 10141   · cmul 10143  cmin 10468  -cneg 10469   / cdiv 10886  ccj 14044  cim 14046
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-resscn 10195  ax-1cn 10196  ax-icn 10197  ax-addcl 10198  ax-addrcl 10199  ax-mulcl 10200  ax-mulrcl 10201  ax-mulcom 10202  ax-addass 10203  ax-mulass 10204  ax-distr 10205  ax-i2m1 10206  ax-1ne0 10207  ax-1rid 10208  ax-rnegex 10209  ax-rrecex 10210  ax-cnre 10211  ax-pre-lttri 10212  ax-pre-lttrn 10213  ax-pre-ltadd 10214  ax-pre-mulgt0 10215
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 827  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-op 4323  df-uni 4575  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-id 5157  df-po 5170  df-so 5171  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-er 7896  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-pnf 10278  df-mnf 10279  df-xr 10280  df-ltxr 10281  df-le 10282  df-sub 10470  df-neg 10471  df-div 10887  df-2 11281  df-cj 14047  df-re 14048  df-im 14049
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator