Metamath Proof Explorer


Theorem pythagtriplem17

Description: Lemma for pythagtrip . Show the relationship between M , N , and C . (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 pythagtriplem17 ( ( ( 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‘€ โ†‘ 2 ) + ( 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 ) + ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) + ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
6 nncn โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
7 6 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
8 7 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„‚ )
9 nncn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
10 9 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
11 10 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„‚ )
12 8 11 addcld 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„‚ )
13 8 11 subcld 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„‚ )
14 2cnne0 โŠข ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 )
15 divdir 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 ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) + ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
16 14 15 mp3an3 โŠข ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) + ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
17 12 13 16 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 ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) / 2 ) + ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) / 2 ) ) )
18 5 17 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 ) + ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ด ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) )
19 8 11 8 ppncand 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 ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) = ( ๐ถ + ๐ถ ) )
20 8 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ถ ) = ( ๐ถ + ๐ถ ) )
21 19 20 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 ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) = ( 2 ยท ๐ถ ) )
22 21 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 ) + ( ๐ถ โˆ’ ๐ด ) ) / 2 ) = ( ( 2 ยท ๐ถ ) / 2 ) )
23 2cn โŠข 2 โˆˆ โ„‚
24 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
25 divcan3 โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 ) โ†’ ( ( 2 ยท ๐ถ ) / 2 ) = ๐ถ )
26 23 24 25 mp3an23 โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( 2 ยท ๐ถ ) / 2 ) = ๐ถ )
27 8 26 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ถ ) / 2 ) = ๐ถ )
28 18 22 27 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ถ = ( ( ๐‘€ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ โ†‘ 2 ) ) )