Metamath Proof Explorer


Theorem pythagtriplem7

Description: Lemma for pythagtrip . Calculate ( sqrt( C + B ) ) . (Contributed by Scott Fenton, 18-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2014)

Ref Expression
Assertion pythagtriplem7 ( ( ( 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†’ ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) = ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simp3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„• )
2 1 nnzd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ค )
3 simp2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„• )
4 3 nnzd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
5 2 4 zsubcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) โˆˆ โ„ค )
6 5 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ต ) โˆˆ โ„ค )
7 1 3 nnaddcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„• )
8 7 nnnn0d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„•0 )
9 8 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ต ) โˆˆ โ„•0 )
10 nnnn0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
11 10 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
12 11 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„•0 )
13 6 9 12 3jca 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ต ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ โ„•0 ) )
14 pythagtriplem4 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ต ) gcd ( ๐ถ + ๐ต ) ) = 1 )
15 14 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 โˆ’ ๐ต ) gcd ( ๐ถ + ๐ต ) ) gcd ๐ด ) = ( 1 gcd ๐ด ) )
16 nnz โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
17 16 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
18 17 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„ค )
19 1gcd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ค โ†’ ( 1 gcd ๐ด ) = 1 )
20 18 19 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†’ ( 1 gcd ๐ด ) = 1 )
21 15 20 eqtrd 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ต ) gcd ( ๐ถ + ๐ต ) ) gcd ๐ด ) = 1 )
22 13 21 jca 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ต ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) gcd ( ๐ถ + ๐ต ) ) gcd ๐ด ) = 1 ) )
23 oveq1 โŠข ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) )
24 23 3ad2ant2 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 โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) )
25 nncn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
26 25 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
27 26 sqcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
28 3 nncnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
29 28 sqcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
30 27 29 pncand โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
31 30 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 โ†‘ 2 ) + ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
32 1 nncnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
33 subsq โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ + ๐ต ) ยท ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) )
34 32 28 33 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ + ๐ต ) ยท ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) )
35 7 nncnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
36 5 zcnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
37 35 36 mulcomd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ถ + ๐ต ) ยท ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ) = ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ยท ( ๐ถ + ๐ต ) ) )
38 34 37 eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ถ โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ยท ( ๐ถ + ๐ต ) ) )
39 38 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 โ†‘ 2 ) โˆ’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ยท ( ๐ถ + ๐ต ) ) )
40 24 31 39 3eqtr3d 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 โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ยท ( ๐ถ + ๐ต ) ) )
41 coprimeprodsq2 โŠข ( ( ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) gcd ( ๐ถ + ๐ต ) ) gcd ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ถ โˆ’ ๐ต ) ยท ( ๐ถ + ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ต ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) โ†‘ 2 ) ) )
42 22 40 41 sylc 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ต ) = ( ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) โ†‘ 2 ) )
43 42 fveq2d 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†’ ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) = ( โˆš โ€˜ ( ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) โ†‘ 2 ) ) )
44 7 nnzd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ + ๐ต ) โˆˆ โ„ค )
45 44 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ต ) โˆˆ โ„ค )
46 45 18 gcdcld 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ต ) gcd ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
47 46 nn0red 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ต ) gcd ๐ด ) โˆˆ โ„ )
48 46 nn0ge0d 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†’ 0 โ‰ค ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) )
49 47 48 sqrtsqd 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†’ ( โˆš โ€˜ ( ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) )
50 43 49 eqtrd 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†’ ( โˆš โ€˜ ( ๐ถ + ๐ต ) ) = ( ( ๐ถ + ๐ต ) gcd ๐ด ) )