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Theorem prlngmid2

Description: If the midpoints of two segments ( X I Z ) and ( Y I W ) coincide, the points X , Y , Z and W form a parallelogram, i.e. the lines ( X L Y ) and ( Z L W ) are parallel. Theorem 12.17 of Schwabhauser p. 125. (Contributed by Thierry Arnoux, 13-Jul-2026)

Ref Expression
Hypotheses prlngmid2.b P = Base G
prlngmid2.l L = Line 𝒢 G
prlngmid2.e No typesetting found for |- E = ( PlnG ` G ) with typecode |-
prlngmid2.p No typesetting found for |- .|| = ( parlnG ` G ) with typecode |-
prlngmid2.m M = mid 𝒢 G
prlngmid2.g φ G 𝒢 Tarski
prlngmid2.1 φ G 𝒢 Tarski E
prlngmid2.x φ X P
prlngmid2.y φ Y P
prlngmid2.z φ Z P X L Y
prlngmid2.w φ W P
prlngmid2.2 φ X M Z = Y M W
prlngmid2.3 φ X Y
Assertion prlngmid2 φ X L Y ˙ Z L W

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 prlngmid2.b P = Base G
2 prlngmid2.l L = Line 𝒢 G
3 prlngmid2.e Could not format E = ( PlnG ` G ) : No typesetting found for |- E = ( PlnG ` G ) with typecode |-
4 prlngmid2.p Could not format .|| = ( parlnG ` G ) : No typesetting found for |- .|| = ( parlnG ` G ) with typecode |-
5 prlngmid2.m M = mid 𝒢 G
6 prlngmid2.g φ G 𝒢 Tarski
7 prlngmid2.1 φ G 𝒢 Tarski E
8 prlngmid2.x φ X P
9 prlngmid2.y φ Y P
10 prlngmid2.z φ Z P X L Y
11 prlngmid2.w φ W P
12 prlngmid2.2 φ X M Z = Y M W
13 prlngmid2.3 φ X Y
14 6 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y G 𝒢 Tarski
15 eqid Itv G = Itv G
16 1 15 2 6 8 9 13 tgelrnln φ X L Y ran L
17 1 2 3 6 16 10 tgelrnpln φ X L Y E Z ran E
18 17 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Y E Z ran E
19 1 15 2 3 6 16 10 elplnglnid φ X L Y X L Y E Z
20 19 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Y X L Y E Z
21 1 15 2 3 6 16 10 elplngid φ Z X L Y E Z
22 12 fveq2d φ pInv 𝒢 G X M Z = pInv 𝒢 G Y M W
23 22 fveq1d φ pInv 𝒢 G X M Z Y = pInv 𝒢 G Y M W Y
24 5 oveqi Y M W = Y mid 𝒢 G W
25 24 eqcomi Y mid 𝒢 G W = Y M W
26 eqid dist G = dist G
27 10 eldifad φ Z P
28 10 eldifbd φ ¬ Z X L Y
29 13 neneqd φ ¬ X = Y
30 ioran ¬ Z X L Y X = Y ¬ Z X L Y ¬ X = Y
31 28 29 30 sylanbrc φ ¬ Z X L Y X = Y
32 1 2 15 6 8 9 27 31 ncoltgdim2 φ G Dim 𝒢 2
33 eqid pInv 𝒢 G = pInv 𝒢 G
34 5 oveqi X M Z = X mid 𝒢 G Z
35 1 26 15 6 32 8 27 midcl φ X mid 𝒢 G Z P
36 34 35 eqeltrid φ X M Z P
37 12 36 eqeltrrd φ Y M W P
38 1 26 15 6 32 9 11 33 37 ismidb φ W = pInv 𝒢 G Y M W Y Y mid 𝒢 G W = Y M W
39 25 38 mpbiri φ W = pInv 𝒢 G Y M W Y
40 23 39 eqtr4d φ pInv 𝒢 G X M Z Y = W
41 eqid pInv 𝒢 G X M Z = pInv 𝒢 G X M Z
42 1 15 2 6 8 9 13 tglinerflx1 φ X X L Y
43 19 42 sseldd φ X X L Y E Z
44 nelne2 X X L Y ¬ Z X L Y X Z
45 42 28 44 syl2anc φ X Z
46 1 15 2 3 6 17 43 21 45 lnssplng1 φ X L Z X L Y E Z
47 1 26 15 6 32 8 27 midbtwn φ X mid 𝒢 G Z X Itv G Z
48 34 47 eqeltrid φ X M Z X Itv G Z
49 1 15 2 6 8 27 36 45 48 btwnlng1 φ X M Z X L Z
50 46 49 sseldd φ X M Z X L Y E Z
51 1 15 2 6 8 9 13 tglinerflx2 φ Y X L Y
52 19 51 sseldd φ Y X L Y E Z
53 1 3 33 41 6 17 50 52 mirplncl φ pInv 𝒢 G X M Z Y X L Y E Z
54 40 53 eqeltrrd φ W X L Y E Z
55 6 adantr φ Z = W G 𝒢 Tarski
56 36 adantr φ Z = W X M Z P
57 8 adantr φ Z = W X P
58 9 adantr φ Z = W Y P
59 34 eqcomi X mid 𝒢 G Z = X M Z
60 1 26 15 6 32 8 27 33 36 ismidb φ Z = pInv 𝒢 G X M Z X X mid 𝒢 G Z = X M Z
61 59 60 mpbiri φ Z = pInv 𝒢 G X M Z X
62 61 eqcomd φ pInv 𝒢 G X M Z X = Z
63 62 adantr φ Z = W pInv 𝒢 G X M Z X = Z
64 simpr φ Z = W Z = W
65 40 eqcomd φ W = pInv 𝒢 G X M Z Y
66 65 adantr φ Z = W W = pInv 𝒢 G X M Z Y
67 63 64 66 3eqtrd φ Z = W pInv 𝒢 G X M Z X = pInv 𝒢 G X M Z Y
68 1 26 15 2 33 55 56 41 57 58 67 mireq φ Z = W X = Y
69 13 68 mteqand φ Z W
70 1 15 2 3 6 17 21 54 69 lnssplng1 φ Z L W X L Y E Z
71 70 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z L W X L Y E Z
72 42 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X X L Y
73 20 72 sseldd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X X L Y E Z
74 21 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z X L Y E Z
75 45 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X Z
76 1 15 2 3 14 18 73 74 75 lnssplng1 φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Z X L Y E Z
77 49 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z X L Z
78 76 77 sseldd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z X L Y E Z
79 simplr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e X L Y
80 20 79 sseldd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e X L Y E Z
81 6 adantr φ X M Z X L Y G 𝒢 Tarski
82 8 adantr φ X M Z X L Y X P
83 36 adantr φ X M Z X L Y X M Z P
84 27 adantr φ X M Z X L Y Z P
85 simpr φ X = X M Z X = X M Z
86 85 34 eqtr2di φ X = X M Z X mid 𝒢 G Z = X
87 1 26 15 6 32 8 27 33 8 ismidb φ Z = pInv 𝒢 G X X X mid 𝒢 G Z = X
88 87 adantr φ X = X M Z Z = pInv 𝒢 G X X X mid 𝒢 G Z = X
89 86 88 mpbird φ X = X M Z Z = pInv 𝒢 G X X
90 eqid pInv 𝒢 G X = pInv 𝒢 G X
91 1 26 15 2 33 6 8 90 mircinv φ pInv 𝒢 G X X = X
92 91 adantr φ X = X M Z pInv 𝒢 G X X = X
93 89 92 eqtr2d φ X = X M Z X = Z
94 42 adantr φ X = X M Z X X L Y
95 93 94 eqeltrrd φ X = X M Z Z X L Y
96 28 95 mtand φ ¬ X = X M Z
97 96 neqned φ X X M Z
98 97 adantr φ X M Z X L Y X X M Z
99 1 15 2 6 8 27 45 tglinecom φ X L Z = Z L X
100 49 99 eleqtrd φ X M Z Z L X
101 100 adantr φ X M Z X L Y X M Z Z L X
102 45 adantr φ X M Z X L Y X Z
103 102 necomd φ X M Z X L Y Z X
104 1 15 2 81 82 83 84 98 101 103 lnrot1 φ X M Z X L Y Z X L X M Z
105 16 adantr φ X M Z X L Y X L Y ran L
106 42 adantr φ X M Z X L Y X X L Y
107 simpr φ X M Z X L Y X M Z X L Y
108 1 15 2 81 82 83 98 98 105 106 107 tglinethru φ X M Z X L Y X L Y = X L X M Z
109 104 108 eleqtrrd φ X M Z X L Y Z X L Y
110 28 109 mtand φ ¬ X M Z X L Y
111 110 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y ¬ X M Z X L Y
112 nelne2 e X L Y ¬ X M Z X L Y e X M Z
113 79 111 112 syl2anc φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e X M Z
114 113 necomd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z e
115 1 15 2 3 14 18 78 80 114 lnssplng1 φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z L e X L Y E Z
116 16 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Y ran L
117 1 2 15 14 116 79 tglnpt φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e P
118 36 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z P
119 1 15 2 14 117 118 113 tglinecom φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e L X M Z = X M Z L e
120 1 15 2 14 117 118 113 tgelrnln φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e L X M Z ran L
121 simpr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y
122 119 121 eqbrtrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e L X M Z 𝒢 G X L Y
123 1 26 15 2 14 120 116 122 perpcom φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Y 𝒢 G e L X M Z
124 119 123 breq2dd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Y 𝒢 G X M Z L e
125 14 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e G 𝒢 Tarski
126 1 15 2 6 27 11 69 tgelrnln φ Z L W ran L
127 126 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z L W ran L
128 127 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Z L W ran L
129 119 120 eqeltrrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z L e ran L
130 129 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X M Z L e ran L
131 simpr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Z = pInv 𝒢 G X M Z e
132 8 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X P
133 9 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Y P
134 13 necomd φ Y X
135 134 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Y X
136 1 2 33 41 14 118 117 132 133 135 79 mirlni φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z X L pInv 𝒢 G X M Z Y
137 62 40 oveq12d φ pInv 𝒢 G X M Z X L pInv 𝒢 G X M Z Y = Z L W
138 137 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z X L pInv 𝒢 G X M Z Y = Z L W
139 136 138 eleqtrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z e Z L W
140 1 15 2 14 118 117 114 tglinerflx1 φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z X M Z L e
141 1 15 2 14 118 117 114 tglinerflx2 φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e X M Z L e
142 1 26 15 2 33 14 41 129 140 141 mirln φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z e X M Z L e
143 139 142 elind φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z e Z L W X M Z L e
144 143 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z e Z L W X M Z L e
145 131 144 eqeltrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Z Z L W X M Z L e
146 1 15 2 6 27 11 69 tglinerflx2 φ W Z L W
147 146 ad3antrrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e W Z L W
148 140 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X M Z X M Z L e
149 69 necomd φ W Z
150 149 ad3antrrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e W Z
151 1 26 15 2 33 14 118 41 117 113 mirne φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z e X M Z
152 151 necomd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X M Z pInv 𝒢 G X M Z e
153 152 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X M Z pInv 𝒢 G X M Z e
154 153 131 neeqtrrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X M Z Z
155 40 ad3antrrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z Y = W
156 131 eqcomd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z e = Z
157 1 26 15 2 33 6 36 41 mircinv φ pInv 𝒢 G X M Z X M Z = X M Z
158 157 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z X M Z = X M Z
159 158 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z X M Z = X M Z
160 155 156 159 s3eqd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e ⟨“ pInv 𝒢 G X M Z Y pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z X M Z ”⟩ = ⟨“ WZX M Z ”⟩
161 133 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Y P
162 117 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e e P
163 118 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X M Z P
164 132 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X P
165 1 15 2 14 133 132 117 135 79 lncom φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y e Y L X
166 165 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e e Y L X
167 1 15 2 6 8 9 13 tglinecom φ X L Y = Y L X
168 167 ad3antrrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X L Y = Y L X
169 116 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X L Y ran L
170 simplr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X M Z L e 𝒢 G X L Y
171 1 26 15 2 125 130 169 170 perpcom φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e X L Y 𝒢 G X M Z L e
172 168 171 eqbrtrrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Y L X 𝒢 G X M Z L e
173 119 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e e L X M Z = X M Z L e
174 172 173 breqtrrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Y L X 𝒢 G e L X M Z
175 1 26 15 2 125 161 164 166 163 174 perprag φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e ⟨“ YeX M Z ”⟩ 𝒢 G
176 1 26 15 2 33 125 161 162 163 175 41 163 mirrag φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e ⟨“ pInv 𝒢 G X M Z Y pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z X M Z ”⟩ 𝒢 G
177 160 176 eqeltrrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e ⟨“ WZX M Z ”⟩ 𝒢 G
178 1 26 15 2 125 128 130 145 147 148 150 154 177 ragperp φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z = pInv 𝒢 G X M Z e Z L W 𝒢 G X M Z L e
179 14 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e G 𝒢 Tarski
180 127 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e Z L W ran L
181 129 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e X M Z L e ran L
182 143 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z e Z L W X M Z L e
183 1 15 2 6 27 11 69 tglinerflx1 φ Z Z L W
184 183 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z Z L W
185 184 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e Z Z L W
186 140 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e X M Z X M Z L e
187 simpr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e Z pInv 𝒢 G X M Z e
188 152 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e X M Z pInv 𝒢 G X M Z e
189 62 ad2antrr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z X = Z
190 eqidd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y pInv 𝒢 G X M Z e = pInv 𝒢 G X M Z e
191 189 190 158 s3eqd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y ⟨“ pInv 𝒢 G X M Z X pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z X M Z ”⟩ = ⟨“ Z pInv 𝒢 G X M Z e X M Z ”⟩
192 1 26 15 2 14 132 133 79 118 123 perprag φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y ⟨“ XeX M Z ”⟩ 𝒢 G
193 1 26 15 2 33 14 132 117 118 192 41 118 mirrag φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y ⟨“ pInv 𝒢 G X M Z X pInv 𝒢 G X M Z e pInv 𝒢 G X M Z X M Z ”⟩ 𝒢 G
194 191 193 eqeltrrd φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y ⟨“ Z pInv 𝒢 G X M Z e X M Z ”⟩ 𝒢 G
195 194 adantr φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e ⟨“ Z pInv 𝒢 G X M Z e X M Z ”⟩ 𝒢 G
196 1 26 15 2 179 180 181 182 185 186 187 188 195 ragperp φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z pInv 𝒢 G X M Z e Z L W 𝒢 G X M Z L e
197 178 196 pm2.61dane φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y Z L W 𝒢 G X M Z L e
198 1 2 3 4 14 18 20 71 115 124 197 perpprlng φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y X L Y ˙ Z L W
199 1 26 15 2 6 16 36 110 footex φ e X L Y X M Z L e 𝒢 G X L Y
200 198 199 r19.29a φ X L Y ˙ Z L W