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Theorem lnperpex

Description: Existence of a perpendicular to a line L at a given point A . Theorem 10.15 of Schwabhauser p. 92. (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses lmiopp.p 𝑃 = ( Base ‘ 𝐺 )
lmiopp.m = ( dist ‘ 𝐺 )
lmiopp.i 𝐼 = ( Itv ‘ 𝐺 )
lmiopp.l 𝐿 = ( LineG ‘ 𝐺 )
lmiopp.g ( 𝜑𝐺 ∈ TarskiG )
lmiopp.h ( 𝜑𝐺 DimTarskiG≥ 2 )
lmiopp.d ( 𝜑𝐷 ∈ ran 𝐿 )
lmiopp.o 𝑂 = { ⟨ 𝑎 , 𝑏 ⟩ ∣ ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃𝐷 ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃𝐷 ) ) ∧ ∃ 𝑡𝐷 𝑡 ∈ ( 𝑎 𝐼 𝑏 ) ) }
lnperpex.a ( 𝜑𝐴𝐷 )
lnperpex.q ( 𝜑𝑄𝑃 )
lnperpex.1 ( 𝜑 → ¬ 𝑄𝐷 )
Assertion lnperpex ( 𝜑 → ∃ 𝑝𝑃 ( 𝐷 ( ⟂G ‘ 𝐺 ) ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ∧ 𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmiopp.p 𝑃 = ( Base ‘ 𝐺 )
2 lmiopp.m = ( dist ‘ 𝐺 )
3 lmiopp.i 𝐼 = ( Itv ‘ 𝐺 )
4 lmiopp.l 𝐿 = ( LineG ‘ 𝐺 )
5 lmiopp.g ( 𝜑𝐺 ∈ TarskiG )
6 lmiopp.h ( 𝜑𝐺 DimTarskiG≥ 2 )
7 lmiopp.d ( 𝜑𝐷 ∈ ran 𝐿 )
8 lmiopp.o 𝑂 = { ⟨ 𝑎 , 𝑏 ⟩ ∣ ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃𝐷 ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃𝐷 ) ) ∧ ∃ 𝑡𝐷 𝑡 ∈ ( 𝑎 𝐼 𝑏 ) ) }
9 lnperpex.a ( 𝜑𝐴𝐷 )
10 lnperpex.q ( 𝜑𝑄𝑃 )
11 lnperpex.1 ( 𝜑 → ¬ 𝑄𝐷 )
12 5 ad4antr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝐺 ∈ TarskiG )
13 12 adantr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝐺 ∈ TarskiG )
14 simprl ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑝𝑃 )
15 1 4 3 5 7 9 tglnpt ( 𝜑𝐴𝑃 )
16 15 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) → 𝐴𝑃 )
17 16 ad3antrrr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝐴𝑃 )
18 simprrl ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷 )
19 4 13 18 perpln1 ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ∈ ran 𝐿 )
20 1 3 4 13 17 14 19 tglnne ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝐴𝑝 )
21 20 necomd ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑝𝐴 )
22 1 3 4 13 14 17 21 tgelrnln ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ∈ ran 𝐿 )
23 7 ad4antr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝐷 ∈ ran 𝐿 )
24 23 adantr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝐷 ∈ ran 𝐿 )
25 1 3 4 13 14 17 21 tglinecom ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) = ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) )
26 25 18 eqbrtrd ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷 )
27 1 2 3 4 13 22 24 26 perpcom ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝐷 ( ⟂G ‘ 𝐺 ) ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) )
28 simplr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑄 𝑂 𝑐 )
29 10 ad4antr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝑄𝑃 )
30 29 adantr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑄𝑃 )
31 simplr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝑐𝑃 )
32 31 adantr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑐𝑃 )
33 simprrr ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑐 𝑂 𝑝 )
34 1 2 3 8 4 24 13 32 14 33 oppcom ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑝 𝑂 𝑐 )
35 1 3 4 8 13 24 14 30 32 34 lnopp2hpgb ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝑄 𝑂 𝑐𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 ) )
36 28 35 mpbid ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → 𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 )
37 27 36 jca ( ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) ∧ ( 𝑝𝑃 ∧ ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) ) ) → ( 𝐷 ( ⟂G ‘ 𝐺 ) ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ∧ 𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 ) )
38 eqid ( hlG ‘ 𝐺 ) = ( hlG ‘ 𝐺 )
39 9 ad4antr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝐴𝐷 )
40 simpr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝑄 𝑂 𝑐 )
41 1 2 3 8 4 23 12 29 31 40 oppne2 ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → ¬ 𝑐𝐷 )
42 6 ad4antr ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → 𝐺 DimTarskiG≥ 2 )
43 1 2 3 8 4 23 12 38 39 31 41 42 oppperpex ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → ∃ 𝑝𝑃 ( ( 𝐴 𝐿 𝑝 ) ( ⟂G ‘ 𝐺 ) 𝐷𝑐 𝑂 𝑝 ) )
44 37 43 reximddv ( ( ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) ∧ 𝑐𝑃 ) ∧ 𝑄 𝑂 𝑐 ) → ∃ 𝑝𝑃 ( 𝐷 ( ⟂G ‘ 𝐺 ) ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ∧ 𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 ) )
45 1 3 4 5 7 10 8 11 hpgerlem ( 𝜑 → ∃ 𝑐𝑃 𝑄 𝑂 𝑐 )
46 45 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) → ∃ 𝑐𝑃 𝑄 𝑂 𝑐 )
47 44 46 r19.29a ( ( ( 𝜑𝑑𝐷 ) ∧ 𝐴𝑑 ) → ∃ 𝑝𝑃 ( 𝐷 ( ⟂G ‘ 𝐺 ) ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ∧ 𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 ) )
48 1 3 4 5 7 9 tglnpt2 ( 𝜑 → ∃ 𝑑𝐷 𝐴𝑑 )
49 47 48 r19.29a ( 𝜑 → ∃ 𝑝𝑃 ( 𝐷 ( ⟂G ‘ 𝐺 ) ( 𝑝 𝐿 𝐴 ) ∧ 𝑝 ( ( hpG ‘ 𝐺 ) ‘ 𝐷 ) 𝑄 ) )