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Theorem axsegconlem8

Description: Lemma for axsegcon . Show that a particular mapping generates a point. (Contributed by Scott Fenton, 18-Sep-2013)

Ref Expression
Hypotheses axsegconlem2.1 ⊢ 𝑆 = Σ 𝑝 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( 𝐴 ‘ 𝑝 ) − ( 𝐵 ‘ 𝑝 ) ) ↑ 2 )
axsegconlem7.2 ⊢ 𝑇 = Σ 𝑝 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( 𝐶 ‘ 𝑝 ) − ( 𝐷 ‘ 𝑝 ) ) ↑ 2 )
axsegconlem8.3 ⊢ 𝐹 = ( 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ↦ ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) )
Assertion axsegconlem8 ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → 𝐹 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axsegconlem2.1 ⊢ 𝑆 = Σ 𝑝 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( 𝐴 ‘ 𝑝 ) − ( 𝐵 ‘ 𝑝 ) ) ↑ 2 )
2 axsegconlem7.2 ⊢ 𝑇 = Σ 𝑝 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( 𝐶 ‘ 𝑝 ) − ( 𝐷 ‘ 𝑝 ) ) ↑ 2 )
3 axsegconlem8.3 ⊢ 𝐹 = ( 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ↦ ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) )
4 1 axsegconlem4 ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( √ ‘ 𝑆 ) ∈ ℝ )
5 4 3adant3 ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) → ( √ ‘ 𝑆 ) ∈ ℝ )
6 5 ad2antrr ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( √ ‘ 𝑆 ) ∈ ℝ )
7 2 axsegconlem4 ⊢ ( ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( √ ‘ 𝑇 ) ∈ ℝ )
8 7 ad2antlr ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( √ ‘ 𝑇 ) ∈ ℝ )
9 6 8 readdcld ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) ∈ ℝ )
10 simpl2 ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
11 fveere ⊢ ( ( 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ∈ ℝ )
12 10 11 sylan ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ∈ ℝ )
13 9 12 remulcld ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) ∈ ℝ )
14 simpl1 ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
15 fveere ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ∈ ℝ )
16 14 15 sylan ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ∈ ℝ )
17 8 16 remulcld ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ∈ ℝ )
18 13 17 resubcld ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) ∈ ℝ )
19 1 axsegconlem6 ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) → 0 < ( √ ‘ 𝑆 ) )
20 19 gt0ne0d ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) → ( √ ‘ 𝑆 ) ≠ 0 )
21 20 ad2antrr ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( √ ‘ 𝑆 ) ≠ 0 )
22 18 6 21 redivcld ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ) → ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ∈ ℝ )
23 22 ralrimiva ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → ∀ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ∈ ℝ )
24 eleenn ⊢ ( 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
25 24 ad2antll ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → 𝑁 ∈ ℕ )
26 mptelee ⊢ ( 𝑁 ∈ ℕ → ( ( 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ↦ ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ) ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ∈ ℝ ) )
27 25 26 syl ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → ( ( 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ↦ ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ) ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ↔ ∀ 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ∈ ℝ ) )
28 23 27 mpbird ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → ( 𝑘 ∈ ( 1 ... 𝑁 ) ↦ ( ( ( ( ( √ ‘ 𝑆 ) + ( √ ‘ 𝑇 ) ) · ( 𝐵 ‘ 𝑘 ) ) − ( ( √ ‘ 𝑇 ) · ( 𝐴 ‘ 𝑘 ) ) ) / ( √ ‘ 𝑆 ) ) ) ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
29 3 28 eqeltrid ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐴 ≠ 𝐵 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐷 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → 𝐹 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )