Metamath Proof Explorer


Theorem axsegcon

Description: Any segment A B can be extended to a point x such that B x is congruent to C D . Axiom A4 of Schwabhauser p. 11. (Contributed by Scott Fenton, 4-Jun-2013)

Ref Expression
Assertion axsegcon ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N B Btwn A x ∧ B x Cgr C D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axsegconlem1 ⊢ A = B ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
2 1 ex ⊢ A = B → A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
3 simprll ⊢ A ≠ B ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → A ∈ 𝔼 ⁡ N
4 simprlr ⊢ A ≠ B ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → B ∈ 𝔼 ⁡ N
5 simpl ⊢ A ≠ B ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → A ≠ B
6 simprr ⊢ A ≠ B ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N
7 eqid ⊢ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2
8 eqid ⊢ ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 = ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2
9 eqid ⊢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2
10 7 8 9 axsegconlem8 ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ≠ B ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∈ 𝔼 ⁡ N
11 7 8 axsegconlem7 ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ≠ B ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ∈ 0 1
12 7 8 9 axsegconlem10 ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ≠ B ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i + ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
13 7 8 9 axsegconlem9 ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ≠ B ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
14 fveq1 ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → x ⁡ i = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
15 14 oveq2d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → t ⁢ x ⁡ i = t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
16 15 oveq2d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
17 16 eqeq2d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ↔ B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
18 17 ralbidv ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ↔ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
19 14 oveq2d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → B ⁡ i − x ⁡ i = B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
20 19 oveq1d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → B ⁡ i − x ⁡ i 2 = B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2
21 20 sumeq2sdv ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2
22 21 eqeq1d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2 ↔ ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
23 18 22 anbi12d ⊢ x = k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 → ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2 ↔ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
24 oveq2 ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → 1 − t = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2
25 24 oveq1d ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → 1 − t ⁢ A ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i
26 oveq1 ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
27 25 26 oveq12d ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i + ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
28 27 eqeq2d ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i ↔ B ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i + ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
29 28 ralbidv ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i ↔ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i + ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i
30 29 anbi1d ⊢ t = ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 → ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2 ↔ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i + ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
31 23 30 rspc2ev ⊢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ i + ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − k ∈ 1 … N ⟼ ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 + ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ B ⁡ k − ∑ p = 1 N C ⁡ p − D ⁡ p 2 ⁢ A ⁡ k ∑ p = 1 N A ⁡ p − B ⁡ p 2 ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2 → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
32 10 11 12 13 31 syl112anc ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ≠ B ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
33 3 4 5 6 32 syl31anc ⊢ A ≠ B ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
34 33 ex ⊢ A ≠ B → A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
35 2 34 pm2.61ine ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
36 simpllr ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → B ∈ 𝔼 ⁡ N
37 simplll ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → A ∈ 𝔼 ⁡ N
38 simpr ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → x ∈ 𝔼 ⁡ N
39 brbtwn ⊢ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → B Btwn A x ↔ ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i
40 36 37 38 39 syl3anc ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → B Btwn A x ↔ ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i
41 simplrl ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → C ∈ 𝔼 ⁡ N
42 simplrr ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → D ∈ 𝔼 ⁡ N
43 brcgr ⊢ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → B x Cgr C D ↔ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
44 36 38 41 42 43 syl22anc ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → B x Cgr C D ↔ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
45 40 44 anbi12d ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → B Btwn A x ∧ B x Cgr C D ↔ ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
46 r19.41v ⊢ ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2 ↔ ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
47 45 46 bitr4di ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ x ∈ 𝔼 ⁡ N → B Btwn A x ∧ B x Cgr C D ↔ ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
48 47 rexbidva ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N B Btwn A x ∧ B x Cgr C D ↔ ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ t ∈ 0 1 ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − t ⁢ A ⁡ i + t ⁢ x ⁡ i ∧ ∑ i = 1 N B ⁡ i − x ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N C ⁡ i − D ⁡ i 2
49 35 48 mpbird ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N B Btwn A x ∧ B x Cgr C D
50 49 3adant1 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ B ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ D ∈ 𝔼 ⁡ N → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N B Btwn A x ∧ B x Cgr C D