Metamath Proof Explorer


Theorem pythagtriplem15

Description: Lemma for pythagtrip . Show the relationship between M , N , and A . (Contributed by Scott Fenton, 17-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2014)

Ref Expression
Hypotheses pythagtriplem15.1 โŠข ๐‘€ = ( ( ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) + ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) ) / 2 )
pythagtriplem15.2 โŠข ๐‘ = ( ( ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) โˆ’ ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) ) / 2 )
Assertion pythagtriplem15 ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ๐ด = ( ( ๐‘€ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pythagtriplem15.1 โŠข ๐‘€ = ( ( ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) + ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) ) / 2 )
2 pythagtriplem15.2 โŠข ๐‘ = ( ( ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) โˆ’ ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) ) / 2 )
3 1 pythagtriplem12 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘€ โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) )
4 2 pythagtriplem14 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘ โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) )
5 3 4 oveq12d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐‘€ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
6 simp3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„• )
7 simp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„• )
8 6 7 nnaddcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ด ) โˆˆ โ„• )
9 8 nncnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
10 9 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
11 nnz โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ค )
12 11 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ค )
13 nnz โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
14 13 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
15 12 14 zsubcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) โˆˆ โ„ค )
16 15 zcnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
17 16 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
18 2cnne0 โŠข ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 )
19 divsubdir โŠข ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 ) ) โ†’ ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
20 18 19 mp3an3 โŠข ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
21 10 17 20 syl2anc โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
22 5 21 eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐‘€ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) )
23 nncn โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
24 23 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
25 24 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
26 nncn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
27 26 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
28 27 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
29 25 28 28 pnncand โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) = ( ๐ด + ๐ด ) )
30 28 2timesd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( 2 ยท ๐ด ) = ( ๐ด + ๐ด ) )
31 29 30 eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) = ( 2 ยท ๐ด ) )
32 31 oveq1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆ’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( 2 ยท ๐ด ) / 2 ) )
33 2cn โŠข 2 โˆˆ โ„‚
34 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
35 divcan3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 ) โ†’ ( ( 2 ยท ๐ด ) / 2 ) = ๐ด )
36 33 34 35 mp3an23 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( 2 ยท ๐ด ) / 2 ) = ๐ด )
37 28 36 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ( ( 2 ยท ๐ด ) / 2 ) = ๐ด )
38 22 32 37 3eqtrrd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆง ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐ด ) ) โ†’ ๐ด = ( ( ๐‘€ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) )