Metamath Proof Explorer


Theorem cnre2csqima

Description: Image of a centered square by the canonical bijection from ( RR X. RR ) to CC . (Contributed by Thierry Arnoux, 27-Sep-2017)

Ref Expression
Hypothesis cnre2csqima.1 ⊢ F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x + i ⁢ y
Assertion cnre2csqima ⊢ X ∈ ℝ 2 ∧ Y ∈ ℝ 2 ∧ D ∈ ℝ + → Y ∈ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D × 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D → ℜ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D ∧ ℑ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cnre2csqima.1 ⊢ F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x + i ⁢ y
2 ioossre ⊢ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ⊆ ℝ
3 ioossre ⊢ 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D ⊆ ℝ
4 xpinpreima2 ⊢ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ⊆ ℝ ∧ 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D ⊆ ℝ → 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D × 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D = 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∩ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D
5 4 eleq2d ⊢ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ⊆ ℝ ∧ 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D ⊆ ℝ → Y ∈ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D × 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D ↔ Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∩ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D
6 2 3 5 mp2an ⊢ Y ∈ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D × 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D ↔ Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∩ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D
7 elin ⊢ Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∩ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D ↔ Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∧ Y ∈ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D
8 simpl ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x ∈ ℝ
9 8 recnd ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x ∈ ℂ
10 ax-icn ⊢ i ∈ ℂ
11 10 a1i ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → i ∈ ℂ
12 simpr ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → y ∈ ℝ
13 12 recnd ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → y ∈ ℂ
14 11 13 mulcld ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → i ⁢ y ∈ ℂ
15 9 14 addcld ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x + i ⁢ y ∈ ℂ
16 reval ⊢ x + i ⁢ y ∈ ℂ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y = x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2
17 15 16 syl ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y = x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2
18 crre ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y = x
19 17 18 eqtr3d ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2 = x
20 19 mpoeq3ia ⊢ x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2 = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x
21 15 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x + i ⁢ y ∈ ℂ
22 1 a1i ⊢ ⊤ → F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x + i ⁢ y
23 df-re ⊢ ℜ = z ∈ ℂ ⟼ z + z ‾ 2
24 23 a1i ⊢ ⊤ → ℜ = z ∈ ℂ ⟼ z + z ‾ 2
25 id ⊢ z = x + i ⁢ y → z = x + i ⁢ y
26 fveq2 ⊢ z = x + i ⁢ y → z ‾ = x + i ⁢ y ‾
27 25 26 oveq12d ⊢ z = x + i ⁢ y → z + z ‾ = x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾
28 27 oveq1d ⊢ z = x + i ⁢ y → z + z ‾ 2 = x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2
29 21 22 24 28 fmpoco ⊢ ⊤ → ℜ ∘ F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2
30 29 mptru ⊢ ℜ ∘ F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x + i ⁢ y + x + i ⁢ y ‾ 2
31 df1stres ⊢ 1 st ↾ ℝ 2 = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ x
32 20 30 31 3eqtr4ri ⊢ 1 st ↾ ℝ 2 = ℜ ∘ F
33 15 rgen2 ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℝ x + i ⁢ y ∈ ℂ
34 1 fnmpo ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℝ x + i ⁢ y ∈ ℂ → F Fn ℝ 2
35 33 34 ax-mp ⊢ F Fn ℝ 2
36 fo1st ⊢ 1 st : V ⟶ onto V
37 fofn ⊢ 1 st : V ⟶ onto V → 1 st Fn V
38 36 37 ax-mp ⊢ 1 st Fn V
39 xp1st ⊢ z ∈ ℝ 2 → 1 st ⁡ z ∈ ℝ
40 1 rnmpo ⊢ ran ⁡ F = z | ∃ x ∈ ℝ ∃ y ∈ ℝ z = x + i ⁢ y
41 simpr ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ ∧ z = x + i ⁢ y → z = x + i ⁢ y
42 15 adantr ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ ∧ z = x + i ⁢ y → x + i ⁢ y ∈ ℂ
43 41 42 eqeltrd ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ ∧ z = x + i ⁢ y → z ∈ ℂ
44 43 ex ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → z = x + i ⁢ y → z ∈ ℂ
45 44 rexlimivv ⊢ ∃ x ∈ ℝ ∃ y ∈ ℝ z = x + i ⁢ y → z ∈ ℂ
46 45 abssi ⊢ z | ∃ x ∈ ℝ ∃ y ∈ ℝ z = x + i ⁢ y ⊆ ℂ
47 40 46 eqsstri ⊢ ran ⁡ F ⊆ ℂ
48 simpl ⊢ z ∈ ran ⁡ F ∧ u ∈ ran ⁡ F → z ∈ ran ⁡ F
49 47 48 sselid ⊢ z ∈ ran ⁡ F ∧ u ∈ ran ⁡ F → z ∈ ℂ
50 simpr ⊢ z ∈ ran ⁡ F ∧ u ∈ ran ⁡ F → u ∈ ran ⁡ F
51 47 50 sselid ⊢ z ∈ ran ⁡ F ∧ u ∈ ran ⁡ F → u ∈ ℂ
52 49 51 resubd ⊢ z ∈ ran ⁡ F ∧ u ∈ ran ⁡ F → ℜ ⁡ z − u = ℜ ⁡ z − ℜ ⁡ u
53 32 35 38 39 52 cnre2csqlem ⊢ X ∈ ℝ 2 ∧ Y ∈ ℝ 2 ∧ D ∈ ℝ + → Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D → ℜ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D
54 imval ⊢ x + i ⁢ y ∈ ℂ → ℑ ⁡ x + i ⁢ y = ℜ ⁡ x + i ⁢ y i
55 15 54 syl ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℑ ⁡ x + i ⁢ y = ℜ ⁡ x + i ⁢ y i
56 crim ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℑ ⁡ x + i ⁢ y = y
57 55 56 eqtr3d ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y i = y
58 57 mpoeq3ia ⊢ x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ ℜ ⁡ x + i ⁢ y i = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ y
59 df-im ⊢ ℑ = z ∈ ℂ ⟼ ℜ ⁡ z i
60 59 a1i ⊢ ⊤ → ℑ = z ∈ ℂ ⟼ ℜ ⁡ z i
61 fvoveq1 ⊢ z = x + i ⁢ y → ℜ ⁡ z i = ℜ ⁡ x + i ⁢ y i
62 21 22 60 61 fmpoco ⊢ ⊤ → ℑ ∘ F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ ℜ ⁡ x + i ⁢ y i
63 62 mptru ⊢ ℑ ∘ F = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ ℜ ⁡ x + i ⁢ y i
64 df2ndres ⊢ 2 nd ↾ ℝ 2 = x ∈ ℝ , y ∈ ℝ ⟼ y
65 58 63 64 3eqtr4ri ⊢ 2 nd ↾ ℝ 2 = ℑ ∘ F
66 fo2nd ⊢ 2 nd : V ⟶ onto V
67 fofn ⊢ 2 nd : V ⟶ onto V → 2 nd Fn V
68 66 67 ax-mp ⊢ 2 nd Fn V
69 xp2nd ⊢ z ∈ ℝ 2 → 2 nd ⁡ z ∈ ℝ
70 49 51 imsubd ⊢ z ∈ ran ⁡ F ∧ u ∈ ran ⁡ F → ℑ ⁡ z − u = ℑ ⁡ z − ℑ ⁡ u
71 65 35 68 69 70 cnre2csqlem ⊢ X ∈ ℝ 2 ∧ Y ∈ ℝ 2 ∧ D ∈ ℝ + → Y ∈ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D → ℑ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D
72 53 71 anim12d ⊢ X ∈ ℝ 2 ∧ Y ∈ ℝ 2 ∧ D ∈ ℝ + → Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∧ Y ∈ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D → ℜ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D ∧ ℑ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D
73 7 72 biimtrid ⊢ X ∈ ℝ 2 ∧ Y ∈ ℝ 2 ∧ D ∈ ℝ + → Y ∈ 1 st ↾ ℝ 2 -1 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D ∩ 2 nd ↾ ℝ 2 -1 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D → ℜ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D ∧ ℑ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D
74 6 73 biimtrid ⊢ X ∈ ℝ 2 ∧ Y ∈ ℝ 2 ∧ D ∈ ℝ + → Y ∈ 1 st ⁡ X − D 1 st ⁡ X + D × 2 nd ⁡ X − D 2 nd ⁡ X + D → ℜ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D ∧ ℑ ⁡ F ⁡ Y − F ⁡ X < D