Metamath Proof Explorer


Theorem abs1m

Description: For any complex number, there exists a unit-magnitude multiplier that produces its absolute value. Part of proof of Theorem 13-2.12 of Gleason p. 195. (Contributed by NM, 26-Mar-2005)

Ref Expression
Assertion abs1m ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fveq2 โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( abs โ€˜ 0 ) )
2 abs0 โŠข ( abs โ€˜ 0 ) = 0
3 1 2 eqtrdi โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = 0 )
4 oveq2 โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) )
5 3 4 eqeq12d โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) โ†” 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) ) )
6 5 anbi2d โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) โ†” ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) ) ) )
7 6 rexbidv โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) ) ) )
8 simpl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
9 8 cjcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
10 abscl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
11 10 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
12 11 recnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
13 abs00 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) = 0 โ†” ๐ด = 0 ) )
14 13 necon3bid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 โ†” ๐ด โ‰  0 ) )
15 14 biimpar โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 )
16 9 12 15 divcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
17 absdiv โŠข ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( abs โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) / ( abs โ€˜ ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) )
18 9 12 15 17 syl3anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( abs โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) / ( abs โ€˜ ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) )
19 abscj โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) = ( abs โ€˜ ๐ด ) )
20 19 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) = ( abs โ€˜ ๐ด ) )
21 absidm โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ( abs โ€˜ ๐ด ) ) = ( abs โ€˜ ๐ด ) )
22 21 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ( abs โ€˜ ๐ด ) ) = ( abs โ€˜ ๐ด ) )
23 20 22 oveq12d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) / ( abs โ€˜ ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) )
24 12 15 dividd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) = 1 )
25 18 23 24 3eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = 1 )
26 8 9 12 15 divassd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) = ( ๐ด ยท ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) )
27 12 sqvald โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = ( ( abs โ€˜ ๐ด ) ยท ( abs โ€˜ ๐ด ) ) )
28 absvalsq โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = ( ๐ด ยท ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) )
29 28 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = ( ๐ด ยท ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) )
30 27 29 eqtr3d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) ยท ( abs โ€˜ ๐ด ) ) = ( ๐ด ยท ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) )
31 12 12 15 30 mvllmuld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ( ๐ด ยท ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) )
32 16 8 mulcomd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) = ( ๐ด ยท ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) )
33 26 31 32 3eqtr4d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) )
34 fveqeq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โ†” ( abs โ€˜ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = 1 ) )
35 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) = ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) )
36 35 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) โ†” ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) ) )
37 34 36 anbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) โ†” ( ( abs โ€˜ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) ) ) )
38 37 rspcev โŠข ( ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( abs โ€˜ ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) / ( abs โ€˜ ๐ด ) ) ยท ๐ด ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) )
39 16 25 33 38 syl12anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) )
40 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
41 absi โŠข ( abs โ€˜ i ) = 1
42 it0e0 โŠข ( i ยท 0 ) = 0
43 42 eqcomi โŠข 0 = ( i ยท 0 )
44 41 43 pm3.2i โŠข ( ( abs โ€˜ i ) = 1 โˆง 0 = ( i ยท 0 ) )
45 fveqeq2 โŠข ( ๐‘ฅ = i โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โ†” ( abs โ€˜ i ) = 1 ) )
46 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = i โ†’ ( ๐‘ฅ ยท 0 ) = ( i ยท 0 ) )
47 46 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฅ = i โ†’ ( 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) โ†” 0 = ( i ยท 0 ) ) )
48 45 47 anbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = i โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) ) โ†” ( ( abs โ€˜ i ) = 1 โˆง 0 = ( i ยท 0 ) ) ) )
49 48 rspcev โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( abs โ€˜ i ) = 1 โˆง 0 = ( i ยท 0 ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) ) )
50 40 44 49 mp2an โŠข โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) )
51 50 a1i โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง 0 = ( ๐‘ฅ ยท 0 ) ) )
52 7 39 51 pm2.61ne โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) = 1 โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) ) )