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Theorem inlinecirc02p

Description: Intersection of a line with a circle: A line passing through a point within a circle around the origin intersects the circle at exactly two different points. (Contributed by AV, 9-May-2023) (Revised by AV, 16-May-2023)

Ref Expression
Hypotheses inlinecirc02p.i I = 1 2
inlinecirc02p.e E = I
inlinecirc02p.p P = I
inlinecirc02p.s S = Sphere E
inlinecirc02p.0 0 ˙ = I × 0
inlinecirc02p.l L = Line M E
inlinecirc02p.d D = dist E
Assertion inlinecirc02p X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R 0 ˙ S R X L Y PrPairs P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 inlinecirc02p.i I = 1 2
2 inlinecirc02p.e E = I
3 inlinecirc02p.p P = I
4 inlinecirc02p.s S = Sphere E
5 inlinecirc02p.0 0 ˙ = I × 0
6 inlinecirc02p.l L = Line M E
7 inlinecirc02p.d D = dist E
8 3 ovexi P V
9 8 a1i X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R P V
10 simpl X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X P Y P X Y
11 simpl R + X D 0 ˙ < R R +
12 11 adantl X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R R +
13 1 3 rrx2pxel X P X 1
14 13 3ad2ant1 X P Y P X Y X 1
15 14 adantr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 1
16 1 3 rrx2pyel X P X 2
17 16 3ad2ant1 X P Y P X Y X 2
18 17 adantr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 2
19 1 3 rrx2pxel Y P Y 1
20 19 3ad2ant2 X P Y P X Y Y 1
21 20 adantr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R Y 1
22 1 3 rrx2pyel Y P Y 2
23 22 3ad2ant2 X P Y P X Y Y 2
24 23 adantr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R Y 2
25 eqid Y 1 X 1 = Y 1 X 1
26 eqid X 2 Y 2 = X 2 Y 2
27 eqid Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 = Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1
28 rpre R + R
29 28 adantr R + X D 0 ˙ < R R
30 29 adantl X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R R
31 2nn0 2 0
32 eqid 𝔼 hil 2 = 𝔼 hil 2
33 32 ehlval 2 0 𝔼 hil 2 = 1 2
34 31 33 ax-mp 𝔼 hil 2 = 1 2
35 fz12pr 1 2 = 1 2
36 35 1 eqtr4i 1 2 = I
37 36 fveq2i 1 2 = I
38 34 37 eqtri 𝔼 hil 2 = I
39 2 38 eqtr4i E = 𝔼 hil 2
40 1 oveq2i I = 1 2
41 3 40 eqtri P = 1 2
42 1 xpeq1i I × 0 = 1 2 × 0
43 5 42 eqtri 0 ˙ = 1 2 × 0
44 39 41 7 43 ehl2eudis0lt X P R + X D 0 ˙ < R X 1 2 + X 2 2 < R 2
45 44 3ad2antl1 X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 1 2 + X 2 2 < R 2
46 45 biimpd X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 1 2 + X 2 2 < R 2
47 46 impr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 1 2 + X 2 2 < R 2
48 1 3 rrx2pnecoorneor X P Y P X Y X 1 Y 1 X 2 Y 2
49 48 orcomd X P Y P X Y X 2 Y 2 X 1 Y 1
50 49 adantr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 2 Y 2 X 1 Y 1
51 eqid X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 = X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2
52 eqid R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 2 = R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 2
53 15 18 21 24 25 26 27 30 47 50 51 52 2itscp X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R 0 < R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 2
54 19 recnd Y P Y 1
55 54 adantl X P Y P Y 1
56 13 recnd X P X 1
57 56 adantr X P Y P X 1
58 16 recnd X P X 2
59 58 adantr X P Y P X 2
60 55 57 59 subdird X P Y P Y 1 X 1 X 2 = Y 1 X 2 X 1 X 2
61 22 recnd Y P Y 2
62 61 adantl X P Y P Y 2
63 59 62 57 subdird X P Y P X 2 Y 2 X 1 = X 2 X 1 Y 2 X 1
64 60 63 oveq12d X P Y P Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 = Y 1 X 2 X 1 X 2 + X 2 X 1 - Y 2 X 1
65 55 59 mulcomd X P Y P Y 1 X 2 = X 2 Y 1
66 65 oveq1d X P Y P Y 1 X 2 X 1 X 2 = X 2 Y 1 X 1 X 2
67 59 57 mulcomd X P Y P X 2 X 1 = X 1 X 2
68 62 57 mulcomd X P Y P Y 2 X 1 = X 1 Y 2
69 67 68 oveq12d X P Y P X 2 X 1 Y 2 X 1 = X 1 X 2 X 1 Y 2
70 66 69 oveq12d X P Y P Y 1 X 2 X 1 X 2 + X 2 X 1 - Y 2 X 1 = X 2 Y 1 X 1 X 2 + X 1 X 2 - X 1 Y 2
71 59 55 mulcld X P Y P X 2 Y 1
72 57 59 mulcld X P Y P X 1 X 2
73 57 62 mulcld X P Y P X 1 Y 2
74 71 72 73 npncand X P Y P X 2 Y 1 X 1 X 2 + X 1 X 2 - X 1 Y 2 = X 2 Y 1 X 1 Y 2
75 64 70 74 3eqtrd X P Y P Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 = X 2 Y 1 X 1 Y 2
76 75 3adant3 X P Y P X Y Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 = X 2 Y 1 X 1 Y 2
77 76 adantr X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 = X 2 Y 1 X 1 Y 2
78 77 eqcomd X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 2 Y 1 X 1 Y 2 = Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1
79 78 oveq1d X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R X 2 Y 1 X 1 Y 2 2 = Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 2
80 79 oveq2d X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 X 2 Y 1 X 1 Y 2 2 = R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 Y 1 X 1 X 2 + X 2 Y 2 X 1 2
81 53 80 breqtrrd X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R 0 < R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 X 2 Y 1 X 1 Y 2 2
82 eqid R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 X 2 Y 1 X 1 Y 2 2 = R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 X 2 Y 1 X 1 Y 2 2
83 eqid X 2 Y 1 X 1 Y 2 = X 2 Y 1 X 1 Y 2
84 1 2 3 4 5 6 51 82 26 25 83 inlinecirc02plem X P Y P X Y R + 0 < R 2 X 2 Y 2 2 + Y 1 X 1 2 X 2 Y 1 X 1 Y 2 2 a P b P 0 ˙ S R X L Y = a b a b
85 10 12 81 84 syl12anc X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R a P b P 0 ˙ S R X L Y = a b a b
86 prprelprb 0 ˙ S R X L Y PrPairs P P V a P b P 0 ˙ S R X L Y = a b a b
87 9 85 86 sylanbrc X P Y P X Y R + X D 0 ˙ < R 0 ˙ S R X L Y PrPairs P