Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  xadddi Structured version   Visualization version   GIF version

 Description: Distributive property for extended real addition and multiplication. Like xaddass 12688, this has an unusual domain of correctness due to counterexamples like (+∞ · (2 − 1)) = -∞ ≠ ((+∞ · 2) − (+∞ · 1)) = (+∞ − +∞) = 0. In this theorem we show that if the multiplier is real then everything works as expected. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Aug-2015.)
Assertion
Ref Expression
xadddi ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))

StepHypRef Expression
1 xadddilem 12733 . 2 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 < 𝐴) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
2 simpl2 1189 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ*)
3 simpl3 1190 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → 𝐶 ∈ ℝ*)
4 xaddcl 12678 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (𝐵 +𝑒 𝐶) ∈ ℝ*)
52, 3, 4syl2anc 587 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (𝐵 +𝑒 𝐶) ∈ ℝ*)
6 xmul02 12707 . . . . 5 ((𝐵 +𝑒 𝐶) ∈ ℝ* → (0 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = 0)
75, 6syl 17 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = 0)
8 0xr 10731 . . . . 5 0 ∈ ℝ*
9 xaddid1 12680 . . . . 5 (0 ∈ ℝ* → (0 +𝑒 0) = 0)
108, 9ax-mp 5 . . . 4 (0 +𝑒 0) = 0
117, 10eqtr4di 2811 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = (0 +𝑒 0))
12 simpr 488 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → 0 = 𝐴)
1312oveq1d 7170 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)))
14 xmul02 12707 . . . . . 6 (𝐵 ∈ ℝ* → (0 ·e 𝐵) = 0)
152, 14syl 17 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e 𝐵) = 0)
1612oveq1d 7170 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e 𝐵) = (𝐴 ·e 𝐵))
1715, 16eqtr3d 2795 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → 0 = (𝐴 ·e 𝐵))
18 xmul02 12707 . . . . . 6 (𝐶 ∈ ℝ* → (0 ·e 𝐶) = 0)
193, 18syl 17 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e 𝐶) = 0)
2012oveq1d 7170 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 ·e 𝐶) = (𝐴 ·e 𝐶))
2119, 20eqtr3d 2795 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → 0 = (𝐴 ·e 𝐶))
2217, 21oveq12d 7173 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (0 +𝑒 0) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
2311, 13, 223eqtr3d 2801 . 2 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 = 𝐴) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
24 simp1 1133 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → 𝐴 ∈ ℝ)
2524adantr 484 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → 𝐴 ∈ ℝ)
26 rexneg 12650 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → -𝑒𝐴 = -𝐴)
27 renegcl 10992 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → -𝐴 ∈ ℝ)
2826, 27eqeltrd 2852 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ → -𝑒𝐴 ∈ ℝ)
2925, 28syl 17 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → -𝑒𝐴 ∈ ℝ)
30 simpl2 1189 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → 𝐵 ∈ ℝ*)
31 simpl3 1190 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → 𝐶 ∈ ℝ*)
3224rexrd 10734 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → 𝐴 ∈ ℝ*)
33 xlt0neg1 12658 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ* → (𝐴 < 0 ↔ 0 < -𝑒𝐴))
3432, 33syl 17 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (𝐴 < 0 ↔ 0 < -𝑒𝐴))
3534biimpa 480 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → 0 < -𝑒𝐴)
36 xadddilem 12733 . . . . 5 (((-𝑒𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 0 < -𝑒𝐴) → (-𝑒𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((-𝑒𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (-𝑒𝐴 ·e 𝐶)))
3729, 30, 31, 35, 36syl31anc 1370 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (-𝑒𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((-𝑒𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (-𝑒𝐴 ·e 𝐶)))
3832adantr 484 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → 𝐴 ∈ ℝ*)
3930, 31, 4syl2anc 587 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (𝐵 +𝑒 𝐶) ∈ ℝ*)
40 xmulneg1 12708 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ (𝐵 +𝑒 𝐶) ∈ ℝ*) → (-𝑒𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = -𝑒(𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)))
4138, 39, 40syl2anc 587 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (-𝑒𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = -𝑒(𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)))
42 xmulneg1 12708 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*) → (-𝑒𝐴 ·e 𝐵) = -𝑒(𝐴 ·e 𝐵))
4338, 30, 42syl2anc 587 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (-𝑒𝐴 ·e 𝐵) = -𝑒(𝐴 ·e 𝐵))
44 xmulneg1 12708 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (-𝑒𝐴 ·e 𝐶) = -𝑒(𝐴 ·e 𝐶))
4538, 31, 44syl2anc 587 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (-𝑒𝐴 ·e 𝐶) = -𝑒(𝐴 ·e 𝐶))
4643, 45oveq12d 7173 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → ((-𝑒𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (-𝑒𝐴 ·e 𝐶)) = (-𝑒(𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 -𝑒(𝐴 ·e 𝐶)))
47 xmulcl 12712 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*) → (𝐴 ·e 𝐵) ∈ ℝ*)
4838, 30, 47syl2anc 587 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (𝐴 ·e 𝐵) ∈ ℝ*)
49 xmulcl 12712 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (𝐴 ·e 𝐶) ∈ ℝ*)
5038, 31, 49syl2anc 587 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (𝐴 ·e 𝐶) ∈ ℝ*)
51 xnegdi 12687 . . . . . 6 (((𝐴 ·e 𝐵) ∈ ℝ* ∧ (𝐴 ·e 𝐶) ∈ ℝ*) → -𝑒((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) = (-𝑒(𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 -𝑒(𝐴 ·e 𝐶)))
5248, 50, 51syl2anc 587 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → -𝑒((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) = (-𝑒(𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 -𝑒(𝐴 ·e 𝐶)))
5346, 52eqtr4d 2796 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → ((-𝑒𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (-𝑒𝐴 ·e 𝐶)) = -𝑒((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
5437, 41, 533eqtr3d 2801 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → -𝑒(𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = -𝑒((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
55 xmulcl 12712 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ (𝐵 +𝑒 𝐶) ∈ ℝ*) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) ∈ ℝ*)
5638, 39, 55syl2anc 587 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) ∈ ℝ*)
57 xaddcl 12678 . . . . 5 (((𝐴 ·e 𝐵) ∈ ℝ* ∧ (𝐴 ·e 𝐶) ∈ ℝ*) → ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) ∈ ℝ*)
5848, 50, 57syl2anc 587 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) ∈ ℝ*)
59 xneg11 12654 . . . 4 (((𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) ∈ ℝ* ∧ ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) ∈ ℝ*) → (-𝑒(𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = -𝑒((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) ↔ (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶))))
6056, 58, 59syl2anc 587 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (-𝑒(𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = -𝑒((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)) ↔ (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶))))
6154, 60mpbid 235 . 2 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) ∧ 𝐴 < 0) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
62 0re 10686 . . 3 0 ∈ ℝ
63 lttri4 10768 . . 3 ((0 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ) → (0 < 𝐴 ∨ 0 = 𝐴𝐴 < 0))
6462, 24, 63sylancr 590 . 2 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (0 < 𝐴 ∨ 0 = 𝐴𝐴 < 0))
651, 23, 61, 64mpjao3dan 1428 1 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ*𝐶 ∈ ℝ*) → (𝐴 ·e (𝐵 +𝑒 𝐶)) = ((𝐴 ·e 𝐵) +𝑒 (𝐴 ·e 𝐶)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∨ w3o 1083   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2111   class class class wbr 5035  (class class class)co 7155  ℝcr 10579  0cc0 10580  ℝ*cxr 10717   < clt 10718  -cneg 10914  -𝑒cxne 12550   +𝑒 cxad 12551   ·e cxmu 12552 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2729  ax-sep 5172  ax-nul 5179  ax-pow 5237  ax-pr 5301  ax-un 7464  ax-cnex 10636  ax-resscn 10637  ax-1cn 10638  ax-icn 10639  ax-addcl 10640  ax-addrcl 10641  ax-mulcl 10642  ax-mulrcl 10643  ax-mulcom 10644  ax-addass 10645  ax-mulass 10646  ax-distr 10647  ax-i2m1 10648  ax-1ne0 10649  ax-1rid 10650  ax-rnegex 10651  ax-rrecex 10652  ax-cnre 10653  ax-pre-lttri 10654  ax-pre-lttrn 10655  ax-pre-ltadd 10656 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2557  df-eu 2588  df-clab 2736  df-cleq 2750  df-clel 2830  df-nfc 2901  df-ne 2952  df-nel 3056  df-ral 3075  df-rex 3076  df-reu 3077  df-rab 3079  df-v 3411  df-sbc 3699  df-csb 3808  df-dif 3863  df-un 3865  df-in 3867  df-ss 3877  df-nul 4228  df-if 4424  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-op 4532  df-uni 4802  df-iun 4888  df-br 5036  df-opab 5098  df-mpt 5116  df-id 5433  df-po 5446  df-so 5447  df-xp 5533  df-rel 5534  df-cnv 5535  df-co 5536  df-dm 5537  df-rn 5538  df-res 5539  df-ima 5540  df-iota 6298  df-fun 6341  df-fn 6342  df-f 6343  df-f1 6344  df-fo 6345  df-f1o 6346  df-fv 6347  df-riota 7113  df-ov 7158  df-oprab 7159  df-mpo 7160  df-1st 7698  df-2nd 7699  df-er 8304  df-en 8533  df-dom 8534  df-sdom 8535  df-pnf 10720  df-mnf 10721  df-xr 10722  df-ltxr 10723  df-le 10724  df-sub 10915  df-neg 10916  df-xneg 12553  df-xadd 12554  df-xmul 12555 This theorem is referenced by:  xadddir  12735  xadddi2  12736
 Copyright terms: Public domain W3C validator