Metamath Proof Explorer


Theorem chordthmlem3

Description: If M is the midpoint of AB, AQ = BQ, and P is on the line AB, then PQ2 = QM2 + PM2. This follows from chordthmlem2 and the Pythagorean theorem ( pythag ) in the case where P and Q are unequal to M. If either P or Q equals M, the result is trivial. (Contributed by David Moews, 28-Feb-2017)

Ref Expression
Hypotheses chordthmlem3.A ⊢ φ → A ∈ ℂ
chordthmlem3.B ⊢ φ → B ∈ ℂ
chordthmlem3.Q ⊢ φ → Q ∈ ℂ
chordthmlem3.X ⊢ φ → X ∈ ℝ
chordthmlem3.M ⊢ φ → M = A + B 2
chordthmlem3.P ⊢ φ → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B
chordthmlem3.ABequidistQ ⊢ φ → A − Q = B − Q
Assertion chordthmlem3 ⊢ φ → P − Q 2 = Q − M 2 + P − M 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chordthmlem3.A ⊢ φ → A ∈ ℂ
2 chordthmlem3.B ⊢ φ → B ∈ ℂ
3 chordthmlem3.Q ⊢ φ → Q ∈ ℂ
4 chordthmlem3.X ⊢ φ → X ∈ ℝ
5 chordthmlem3.M ⊢ φ → M = A + B 2
6 chordthmlem3.P ⊢ φ → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B
7 chordthmlem3.ABequidistQ ⊢ φ → A − Q = B − Q
8 1 2 addcld ⊢ φ → A + B ∈ ℂ
9 8 halfcld ⊢ φ → A + B 2 ∈ ℂ
10 5 9 eqeltrd ⊢ φ → M ∈ ℂ
11 3 10 subcld ⊢ φ → Q − M ∈ ℂ
12 11 abscld ⊢ φ → Q − M ∈ ℝ
13 12 recnd ⊢ φ → Q − M ∈ ℂ
14 13 sqcld ⊢ φ → Q − M 2 ∈ ℂ
15 14 adantr ⊢ φ ∧ P = M → Q − M 2 ∈ ℂ
16 15 addridd ⊢ φ ∧ P = M → Q − M 2 + 0 = Q − M 2
17 4 recnd ⊢ φ → X ∈ ℂ
18 17 1 mulcld ⊢ φ → X ⁢ A ∈ ℂ
19 1cnd ⊢ φ → 1 ∈ ℂ
20 19 17 subcld ⊢ φ → 1 − X ∈ ℂ
21 20 2 mulcld ⊢ φ → 1 − X ⁢ B ∈ ℂ
22 18 21 addcld ⊢ φ → X ⁢ A + 1 − X ⁢ B ∈ ℂ
23 6 22 eqeltrd ⊢ φ → P ∈ ℂ
24 23 adantr ⊢ φ ∧ P = M → P ∈ ℂ
25 simpr ⊢ φ ∧ P = M → P = M
26 24 25 subeq0bd ⊢ φ ∧ P = M → P − M = 0
27 26 abs00bd ⊢ φ ∧ P = M → P − M = 0
28 27 sq0id ⊢ φ ∧ P = M → P − M 2 = 0
29 28 oveq2d ⊢ φ ∧ P = M → Q − M 2 + P − M 2 = Q − M 2 + 0
30 3 adantr ⊢ φ ∧ P = M → Q ∈ ℂ
31 30 24 abssubd ⊢ φ ∧ P = M → Q − P = P − Q
32 25 oveq2d ⊢ φ ∧ P = M → Q − P = Q − M
33 32 fveq2d ⊢ φ ∧ P = M → Q − P = Q − M
34 31 33 eqtr3d ⊢ φ ∧ P = M → P − Q = Q − M
35 34 oveq1d ⊢ φ ∧ P = M → P − Q 2 = Q − M 2
36 16 29 35 3eqtr4rd ⊢ φ ∧ P = M → P − Q 2 = Q − M 2 + P − M 2
37 23 10 subcld ⊢ φ → P − M ∈ ℂ
38 37 abscld ⊢ φ → P − M ∈ ℝ
39 38 recnd ⊢ φ → P − M ∈ ℂ
40 39 sqcld ⊢ φ → P − M 2 ∈ ℂ
41 40 adantr ⊢ φ ∧ Q = M → P − M 2 ∈ ℂ
42 41 addlidd ⊢ φ ∧ Q = M → 0 + P − M 2 = P − M 2
43 3 adantr ⊢ φ ∧ Q = M → Q ∈ ℂ
44 simpr ⊢ φ ∧ Q = M → Q = M
45 43 44 subeq0bd ⊢ φ ∧ Q = M → Q − M = 0
46 45 abs00bd ⊢ φ ∧ Q = M → Q − M = 0
47 46 sq0id ⊢ φ ∧ Q = M → Q − M 2 = 0
48 47 oveq1d ⊢ φ ∧ Q = M → Q − M 2 + P − M 2 = 0 + P − M 2
49 44 oveq2d ⊢ φ ∧ Q = M → P − Q = P − M
50 49 fveq2d ⊢ φ ∧ Q = M → P − Q = P − M
51 50 oveq1d ⊢ φ ∧ Q = M → P − Q 2 = P − M 2
52 42 48 51 3eqtr4rd ⊢ φ ∧ Q = M → P − Q 2 = Q − M 2 + P − M 2
53 23 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → P ∈ ℂ
54 3 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → Q ∈ ℂ
55 10 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → M ∈ ℂ
56 simprl ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → P ≠ M
57 simprr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → Q ≠ M
58 eqid ⊢ x ∈ ℂ ∖ 0 , y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ ℑ ⁡ log ⁡ y x = x ∈ ℂ ∖ 0 , y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ ℑ ⁡ log ⁡ y x
59 1 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → A ∈ ℂ
60 2 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → B ∈ ℂ
61 4 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → X ∈ ℝ
62 5 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → M = A + B 2
63 6 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B
64 7 adantr ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → A − Q = B − Q
65 58 59 60 54 61 62 63 64 56 57 chordthmlem2 ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → Q − M x ∈ ℂ ∖ 0 , y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ ℑ ⁡ log ⁡ y x P − M ∈ π 2 − π 2
66 eqid ⊢ Q − M = Q − M
67 eqid ⊢ P − M = P − M
68 eqid ⊢ P − Q = P − Q
69 eqid ⊢ Q − M x ∈ ℂ ∖ 0 , y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ ℑ ⁡ log ⁡ y x P − M = Q − M x ∈ ℂ ∖ 0 , y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ ℑ ⁡ log ⁡ y x P − M
70 58 66 67 68 69 pythag ⊢ P ∈ ℂ ∧ Q ∈ ℂ ∧ M ∈ ℂ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M ∧ Q − M x ∈ ℂ ∖ 0 , y ∈ ℂ ∖ 0 ⟼ ℑ ⁡ log ⁡ y x P − M ∈ π 2 − π 2 → P − Q 2 = Q − M 2 + P − M 2
71 53 54 55 56 57 65 70 syl321anc ⊢ φ ∧ P ≠ M ∧ Q ≠ M → P − Q 2 = Q − M 2 + P − M 2
72 36 52 71 pm2.61da2ne ⊢ φ → P − Q 2 = Q − M 2 + P − M 2