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Theorem sn-negex12

Description: A combination of cnegex and cnegex2 , this proof takes cnre A = r +i x. s and shows that i x. -u s + -u r is both a left and right inverse. (Contributed by SN, 5-May-2024)

Ref Expression
Assertion sn-negex12 ( 𝐴 ∈ ℂ → ∃ 𝑏 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ax-icn i ∈ ℂ
2 1 a1i ( 𝑦 ∈ ℝ → i ∈ ℂ )
3 rernegcl ( 𝑦 ∈ ℝ → ( 0 − 𝑦 ) ∈ ℝ )
4 3 recnd ( 𝑦 ∈ ℝ → ( 0 − 𝑦 ) ∈ ℂ )
5 2 4 mulcld ( 𝑦 ∈ ℝ → ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ∈ ℂ )
6 5 adantl ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ∈ ℂ )
7 rernegcl ( 𝑥 ∈ ℝ → ( 0 − 𝑥 ) ∈ ℝ )
8 7 recnd ( 𝑥 ∈ ℝ → ( 0 − 𝑥 ) ∈ ℂ )
9 8 adantr ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 0 − 𝑥 ) ∈ ℂ )
10 6 9 addcld ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ∈ ℂ )
11 10 adantl ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) → ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ∈ ℂ )
12 eqeq1 ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ↔ ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) )
13 12 adantl ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) → ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ↔ ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) )
14 eqidd ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) → ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) )
15 11 13 14 rspcedvd ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) )
16 15 ralrimivva ( 𝐴 ∈ ℂ → ∀ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑦 ∈ ℝ ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) )
17 cnre ( 𝐴 ∈ ℂ → ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∃ 𝑦 ∈ ℝ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) )
18 16 17 r19.29d2r ( 𝐴 ∈ ℂ → ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∃ 𝑦 ∈ ℝ ( ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) )
19 oveq1 ( 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) → ( 𝐴 + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = ( ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) )
20 19 adantl ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( 𝐴 + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = ( ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) )
21 recn ( 𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℂ )
22 21 adantr ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → 𝑥 ∈ ℂ )
23 1 a1i ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → i ∈ ℂ )
24 recn ( 𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℂ )
25 24 adantl ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → 𝑦 ∈ ℂ )
26 23 25 mulcld ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( i · 𝑦 ) ∈ ℂ )
27 22 26 6 addassd ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = ( 𝑥 + ( ( i · 𝑦 ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) ) )
28 renegid ( 𝑦 ∈ ℝ → ( 𝑦 + ( 0 − 𝑦 ) ) = 0 )
29 28 oveq2d ( 𝑦 ∈ ℝ → ( i · ( 𝑦 + ( 0 − 𝑦 ) ) ) = ( i · 0 ) )
30 2 24 4 adddid ( 𝑦 ∈ ℝ → ( i · ( 𝑦 + ( 0 − 𝑦 ) ) ) = ( ( i · 𝑦 ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) )
31 sn-it0e0 ( i · 0 ) = 0
32 31 a1i ( 𝑦 ∈ ℝ → ( i · 0 ) = 0 )
33 29 30 32 3eqtr3d ( 𝑦 ∈ ℝ → ( ( i · 𝑦 ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = 0 )
34 33 oveq2d ( 𝑦 ∈ ℝ → ( 𝑥 + ( ( i · 𝑦 ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) ) = ( 𝑥 + 0 ) )
35 34 adantl ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 𝑥 + ( ( i · 𝑦 ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) ) = ( 𝑥 + 0 ) )
36 readdid1 ( 𝑥 ∈ ℝ → ( 𝑥 + 0 ) = 𝑥 )
37 36 adantr ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 𝑥 + 0 ) = 𝑥 )
38 27 35 37 3eqtrd ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = 𝑥 )
39 38 ad2antlr ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = 𝑥 )
40 20 39 eqtrd ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( 𝐴 + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) = 𝑥 )
41 40 oveq1d ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( ( 𝐴 + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) = ( 𝑥 + ( 0 − 𝑥 ) ) )
42 simpll ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → 𝐴 ∈ ℂ )
43 6 ad2antlr ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ∈ ℂ )
44 9 ad2antlr ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( 0 − 𝑥 ) ∈ ℂ )
45 42 43 44 addassd ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( ( 𝐴 + ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) = ( 𝐴 + ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) )
46 renegid ( 𝑥 ∈ ℝ → ( 𝑥 + ( 0 − 𝑥 ) ) = 0 )
47 46 adantr ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 𝑥 + ( 0 − 𝑥 ) ) = 0 )
48 47 ad2antlr ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( 𝑥 + ( 0 − 𝑥 ) ) = 0 )
49 41 45 48 3eqtr3d ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( 𝐴 + ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) = 0 )
50 oveq2 ( 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) → ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + 𝐴 ) = ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) )
51 22 26 addcld ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ∈ ℂ )
52 6 9 51 addassd ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( ( 0 − 𝑥 ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) ) )
53 9 22 26 addassd ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) + ( i · 𝑦 ) ) = ( ( 0 − 𝑥 ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) )
54 53 oveq2d ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) + ( i · 𝑦 ) ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( ( 0 − 𝑥 ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) ) )
55 renegid2 ( 𝑥 ∈ ℝ → ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) = 0 )
56 55 adantr ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) = 0 )
57 56 oveq1d ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) + ( i · 𝑦 ) ) = ( 0 + ( i · 𝑦 ) ) )
58 sn-addid2 ( ( i · 𝑦 ) ∈ ℂ → ( 0 + ( i · 𝑦 ) ) = ( i · 𝑦 ) )
59 26 58 syl ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 0 + ( i · 𝑦 ) ) = ( i · 𝑦 ) )
60 57 59 eqtrd ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) + ( i · 𝑦 ) ) = ( i · 𝑦 ) )
61 60 oveq2d ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) + ( i · 𝑦 ) ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( i · 𝑦 ) ) )
62 4 adantl ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 0 − 𝑦 ) ∈ ℂ )
63 23 62 25 adddid ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( i · ( ( 0 − 𝑦 ) + 𝑦 ) ) = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( i · 𝑦 ) ) )
64 renegid2 ( 𝑦 ∈ ℝ → ( ( 0 − 𝑦 ) + 𝑦 ) = 0 )
65 64 adantl ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( 0 − 𝑦 ) + 𝑦 ) = 0 )
66 65 oveq2d ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( i · ( ( 0 − 𝑦 ) + 𝑦 ) ) = ( i · 0 ) )
67 66 31 eqtrdi ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( i · ( ( 0 − 𝑦 ) + 𝑦 ) ) = 0 )
68 61 63 67 3eqtr2d ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( ( ( 0 − 𝑥 ) + 𝑥 ) + ( i · 𝑦 ) ) ) = 0 )
69 52 54 68 3eqtr2d ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) = 0 )
70 69 adantl ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) → ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) = 0 )
71 50 70 sylan9eqr ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + 𝐴 ) = 0 )
72 49 71 jca ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( ( 𝐴 + ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) = 0 ∧ ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + 𝐴 ) = 0 ) )
73 oveq2 ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( 𝐴 + 𝑏 ) = ( 𝐴 + ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) )
74 73 eqeq1d ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ↔ ( 𝐴 + ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) = 0 ) )
75 oveq1 ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( 𝑏 + 𝐴 ) = ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + 𝐴 ) )
76 75 eqeq1d ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ↔ ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + 𝐴 ) = 0 ) )
77 74 76 anbi12d ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) ↔ ( ( 𝐴 + ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) = 0 ∧ ( ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) + 𝐴 ) = 0 ) ) )
78 72 77 syl5ibrcom ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) ) )
79 78 reximdv ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ( ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) ) )
80 79 expimpd ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) → ( ( 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ∧ ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) ) )
81 80 ancomsd ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) ) → ( ( ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) ) )
82 81 rexlimdvva ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∃ 𝑦 ∈ ℝ ( ∃ 𝑏 ∈ ℂ 𝑏 = ( ( i · ( 0 − 𝑦 ) ) + ( 0 − 𝑥 ) ) ∧ 𝐴 = ( 𝑥 + ( i · 𝑦 ) ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) ) )
83 18 82 mpd ( 𝐴 ∈ ℂ → ∃ 𝑏 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑏 ) = 0 ∧ ( 𝑏 + 𝐴 ) = 0 ) )