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Theorem sqsscirc1

Description: The complex square of side D is a subset of the complex circle of radius D . (Contributed by Thierry Arnoux, 25-Sep-2017)

Ref Expression
Assertion sqsscirc1 ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + → X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 < D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simp-4l ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X ∈ ℝ
2 1 resqcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 ∈ ℝ
3 simpllr ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y
4 3 simpld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → Y ∈ ℝ
5 4 resqcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → Y 2 ∈ ℝ
6 2 5 readdcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 ∈ ℝ
7 1 sqge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ X 2
8 4 sqge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ Y 2
9 2 5 7 8 addge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ X 2 + Y 2
10 6 9 resqrtcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 ∈ ℝ
11 simplr ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D ∈ ℝ +
12 11 rpred ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D ∈ ℝ
13 12 rehalfcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D 2 ∈ ℝ
14 13 resqcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D 2 2 ∈ ℝ
15 14 14 readdcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D 2 2 + D 2 2 ∈ ℝ
16 13 sqge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ D 2 2
17 14 14 16 16 addge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ D 2 2 + D 2 2
18 15 17 resqrtcld ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D 2 2 + D 2 2 ∈ ℝ
19 simprl ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X < D 2
20 simp-4r ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ X
21 2rp ⊢ 2 ∈ ℝ +
22 21 a1i ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 2 ∈ ℝ +
23 11 rpge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ D
24 12 22 23 divge0d ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ D 2
25 1 13 20 24 lt2sqd ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X < D 2 ↔ X 2 < D 2 2
26 19 25 mpbid ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 < D 2 2
27 simprr ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → Y < D 2
28 3 simprd ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → 0 ≤ Y
29 4 13 28 24 lt2sqd ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → Y < D 2 ↔ Y 2 < D 2 2
30 27 29 mpbid ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → Y 2 < D 2 2
31 2 5 14 14 26 30 lt2addd ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 < D 2 2 + D 2 2
32 6 9 15 17 sqrtltd ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 < D 2 2 + D 2 2 ↔ X 2 + Y 2 < D 2 2 + D 2 2
33 31 32 mpbid ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 < D 2 2 + D 2 2
34 rpre ⊢ D ∈ ℝ + → D ∈ ℝ
35 34 rehalfcld ⊢ D ∈ ℝ + → D 2 ∈ ℝ
36 35 resqcld ⊢ D ∈ ℝ + → D 2 2 ∈ ℝ
37 36 recnd ⊢ D ∈ ℝ + → D 2 2 ∈ ℂ
38 37 2timesd ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ⁢ D 2 2 = D 2 2 + D 2 2
39 38 fveq2d ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ⁢ D 2 2 = D 2 2 + D 2 2
40 21 a1i ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ∈ ℝ +
41 rpge0 ⊢ D ∈ ℝ + → 0 ≤ D
42 34 40 41 divge0d ⊢ D ∈ ℝ + → 0 ≤ D 2
43 35 42 sqrtsqd ⊢ D ∈ ℝ + → D 2 2 = D 2
44 43 oveq2d ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ⁢ D 2 2 = 2 ⁢ D 2
45 2re ⊢ 2 ∈ ℝ
46 45 a1i ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ∈ ℝ
47 0le2 ⊢ 0 ≤ 2
48 47 a1i ⊢ D ∈ ℝ + → 0 ≤ 2
49 35 sqge0d ⊢ D ∈ ℝ + → 0 ≤ D 2 2
50 46 48 36 49 sqrtmuld ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ⁢ D 2 2 = 2 ⁢ D 2 2
51 2cnd ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ∈ ℂ
52 51 sqrtcld ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ∈ ℂ
53 rpcn ⊢ D ∈ ℝ + → D ∈ ℂ
54 2ne0 ⊢ 2 ≠ 0
55 54 a1i ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ≠ 0
56 52 51 53 55 div32d ⊢ D ∈ ℝ + → 2 2 ⁢ D = 2 ⁢ D 2
57 44 50 56 3eqtr4d ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ⁢ D 2 2 = 2 2 ⁢ D
58 39 57 eqtr3d ⊢ D ∈ ℝ + → D 2 2 + D 2 2 = 2 2 ⁢ D
59 2lt4 ⊢ 2 < 4
60 4re ⊢ 4 ∈ ℝ
61 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
62 4pos ⊢ 0 < 4
63 61 60 62 ltleii ⊢ 0 ≤ 4
64 sqrtlt ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 2 ∧ 4 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 4 → 2 < 4 ↔ 2 < 4
65 45 47 60 63 64 mp4an ⊢ 2 < 4 ↔ 2 < 4
66 59 65 mpbi ⊢ 2 < 4
67 2pos ⊢ 0 < 2
68 45 67 sqrtpclii ⊢ 2 ∈ ℝ
69 60 62 sqrtpclii ⊢ 4 ∈ ℝ
70 68 69 45 67 ltdiv1ii ⊢ 2 < 4 ↔ 2 2 < 4 2
71 66 70 mpbi ⊢ 2 2 < 4 2
72 sqrtsq ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 2 → 2 2 = 2
73 45 47 72 mp2an ⊢ 2 2 = 2
74 73 oveq1i ⊢ 2 2 2 = 2 2
75 sq2 ⊢ 2 2 = 4
76 75 fveq2i ⊢ 2 2 = 4
77 76 oveq1i ⊢ 2 2 2 = 4 2
78 2div2e1 ⊢ 2 2 = 1
79 74 77 78 3eqtr3i ⊢ 4 2 = 1
80 71 79 breqtri ⊢ 2 2 < 1
81 46 48 resqrtcld ⊢ D ∈ ℝ + → 2 ∈ ℝ
82 81 rehalfcld ⊢ D ∈ ℝ + → 2 2 ∈ ℝ
83 1red ⊢ D ∈ ℝ + → 1 ∈ ℝ
84 id ⊢ D ∈ ℝ + → D ∈ ℝ +
85 82 83 84 ltmul1d ⊢ D ∈ ℝ + → 2 2 < 1 ↔ 2 2 ⁢ D < 1 ⁢ D
86 80 85 mpbii ⊢ D ∈ ℝ + → 2 2 ⁢ D < 1 ⁢ D
87 53 mullidd ⊢ D ∈ ℝ + → 1 ⁢ D = D
88 86 87 breqtrd ⊢ D ∈ ℝ + → 2 2 ⁢ D < D
89 58 88 eqbrtrd ⊢ D ∈ ℝ + → D 2 2 + D 2 2 < D
90 11 89 syl ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → D 2 2 + D 2 2 < D
91 10 18 12 33 90 lttrd ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + ∧ X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 < D
92 91 ex ⊢ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ Y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ Y ∧ D ∈ ℝ + → X < D 2 ∧ Y < D 2 → X 2 + Y 2 < D