Metamath Proof Explorer


Theorem chordthmlem4

Description: If P is on the segment AB and M is the midpoint of AB, then PA x. PB = BM2 - PM2. If all lengths are reexpressed as fractions of AB, this reduces to the identity X x. ( 1 - X ) = ( 1 / 2 )2 - ( ( 1 / 2 ) - X )2. (Contributed by David Moews, 28-Feb-2017)

Ref Expression
Hypotheses chordthmlem4.A ⊢ φ → A ∈ ℂ
chordthmlem4.B ⊢ φ → B ∈ ℂ
chordthmlem4.X ⊢ φ → X ∈ 0 1
chordthmlem4.M ⊢ φ → M = A + B 2
chordthmlem4.P ⊢ φ → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B
Assertion chordthmlem4 ⊢ φ → P − A ⁢ P − B = B − M 2 − P − M 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chordthmlem4.A ⊢ φ → A ∈ ℂ
2 chordthmlem4.B ⊢ φ → B ∈ ℂ
3 chordthmlem4.X ⊢ φ → X ∈ 0 1
4 chordthmlem4.M ⊢ φ → M = A + B 2
5 chordthmlem4.P ⊢ φ → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B
6 1red ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
7 unitssre ⊢ 0 1 ⊆ ℝ
8 7 3 sselid ⊢ φ → X ∈ ℝ
9 6 8 resubcld ⊢ φ → 1 − X ∈ ℝ
10 9 recnd ⊢ φ → 1 − X ∈ ℂ
11 10 abscld ⊢ φ → 1 − X ∈ ℝ
12 11 recnd ⊢ φ → 1 − X ∈ ℂ
13 2 1 subcld ⊢ φ → B − A ∈ ℂ
14 13 abscld ⊢ φ → B − A ∈ ℝ
15 14 recnd ⊢ φ → B − A ∈ ℂ
16 8 recnd ⊢ φ → X ∈ ℂ
17 16 abscld ⊢ φ → X ∈ ℝ
18 17 recnd ⊢ φ → X ∈ ℂ
19 12 15 18 15 mul4d ⊢ φ → 1 − X ⁢ B − A ⁢ X ⁢ B − A = 1 − X ⁢ X ⁢ B − A ⁢ B − A
20 16 1 mulcld ⊢ φ → X ⁢ A ∈ ℂ
21 10 2 mulcld ⊢ φ → 1 − X ⁢ B ∈ ℂ
22 20 21 addcld ⊢ φ → X ⁢ A + 1 − X ⁢ B ∈ ℂ
23 5 22 eqeltrd ⊢ φ → P ∈ ℂ
24 1 23 2 16 affineequiv2 ⊢ φ → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B ↔ P − A = 1 − X ⁢ B − A
25 5 24 mpbid ⊢ φ → P − A = 1 − X ⁢ B − A
26 25 fveq2d ⊢ φ → P − A = 1 − X ⁢ B − A
27 10 13 absmuld ⊢ φ → 1 − X ⁢ B − A = 1 − X ⁢ B − A
28 26 27 eqtrd ⊢ φ → P − A = 1 − X ⁢ B − A
29 23 2 abssubd ⊢ φ → P − B = B − P
30 1 23 2 16 affineequiv ⊢ φ → P = X ⁢ A + 1 − X ⁢ B ↔ B − P = X ⁢ B − A
31 5 30 mpbid ⊢ φ → B − P = X ⁢ B − A
32 31 fveq2d ⊢ φ → B − P = X ⁢ B − A
33 16 13 absmuld ⊢ φ → X ⁢ B − A = X ⁢ B − A
34 29 32 33 3eqtrd ⊢ φ → P − B = X ⁢ B − A
35 28 34 oveq12d ⊢ φ → P − A ⁢ P − B = 1 − X ⁢ B − A ⁢ X ⁢ B − A
36 15 sqvald ⊢ φ → B − A 2 = B − A ⁢ B − A
37 36 oveq2d ⊢ φ → 1 − X ⁢ X ⁢ B − A 2 = 1 − X ⁢ X ⁢ B − A ⁢ B − A
38 19 35 37 3eqtr4d ⊢ φ → P − A ⁢ P − B = 1 − X ⁢ X ⁢ B − A 2
39 6 recnd ⊢ φ → 1 ∈ ℂ
40 39 halfcld ⊢ φ → 1 2 ∈ ℂ
41 40 sqcld ⊢ φ → 1 2 2 ∈ ℂ
42 6 rehalfcld ⊢ φ → 1 2 ∈ ℝ
43 42 8 resubcld ⊢ φ → 1 2 − X ∈ ℝ
44 43 recnd ⊢ φ → 1 2 − X ∈ ℂ
45 44 abscld ⊢ φ → 1 2 − X ∈ ℝ
46 45 recnd ⊢ φ → 1 2 − X ∈ ℂ
47 46 sqcld ⊢ φ → 1 2 − X 2 ∈ ℂ
48 15 sqcld ⊢ φ → B − A 2 ∈ ℂ
49 41 47 48 subdird ⊢ φ → 1 2 2 − 1 2 − X 2 ⁢ B − A 2 = 1 2 2 ⁢ B − A 2 − 1 2 − X 2 ⁢ B − A 2
50 subsq ⊢ 1 2 ∈ ℂ ∧ 1 2 − X ∈ ℂ → 1 2 2 − 1 2 − X 2 = 1 2 + 1 2 - X ⁢ 1 2 − 1 2 − X
51 40 44 50 syl2anc ⊢ φ → 1 2 2 − 1 2 − X 2 = 1 2 + 1 2 - X ⁢ 1 2 − 1 2 − X
52 40 40 16 addsubassd ⊢ φ → 1 2 + 1 2 - X = 1 2 + 1 2 - X
53 39 2halvesd ⊢ φ → 1 2 + 1 2 = 1
54 53 oveq1d ⊢ φ → 1 2 + 1 2 - X = 1 − X
55 52 54 eqtr3d ⊢ φ → 1 2 + 1 2 - X = 1 − X
56 40 16 nncand ⊢ φ → 1 2 − 1 2 − X = X
57 55 56 oveq12d ⊢ φ → 1 2 + 1 2 - X ⁢ 1 2 − 1 2 − X = 1 − X ⁢ X
58 51 57 eqtr2d ⊢ φ → 1 − X ⁢ X = 1 2 2 − 1 2 − X 2
59 elicc01 ⊢ X ∈ 0 1 ↔ X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ X ≤ 1
60 3 59 sylib ⊢ φ → X ∈ ℝ ∧ 0 ≤ X ∧ X ≤ 1
61 60 simp3d ⊢ φ → X ≤ 1
62 8 6 61 abssubge0d ⊢ φ → 1 − X = 1 − X
63 60 simp2d ⊢ φ → 0 ≤ X
64 8 63 absidd ⊢ φ → X = X
65 62 64 oveq12d ⊢ φ → 1 − X ⁢ X = 1 − X ⁢ X
66 absresq ⊢ 1 2 − X ∈ ℝ → 1 2 − X 2 = 1 2 − X 2
67 43 66 syl ⊢ φ → 1 2 − X 2 = 1 2 − X 2
68 67 oveq2d ⊢ φ → 1 2 2 − 1 2 − X 2 = 1 2 2 − 1 2 − X 2
69 58 65 68 3eqtr4d ⊢ φ → 1 − X ⁢ X = 1 2 2 − 1 2 − X 2
70 69 oveq1d ⊢ φ → 1 − X ⁢ X ⁢ B − A 2 = 1 2 2 − 1 2 − X 2 ⁢ B − A 2
71 2cnd ⊢ φ → 2 ∈ ℂ
72 2ne0 ⊢ 2 ≠ 0
73 72 a1i ⊢ φ → 2 ≠ 0
74 2 71 73 divcan4d ⊢ φ → B ⋅ 2 2 = B
75 2 times2d ⊢ φ → B ⋅ 2 = B + B
76 75 oveq1d ⊢ φ → B ⋅ 2 2 = B + B 2
77 74 76 eqtr3d ⊢ φ → B = B + B 2
78 77 4 oveq12d ⊢ φ → B − M = B + B 2 − A + B 2
79 2 2 addcld ⊢ φ → B + B ∈ ℂ
80 1 2 addcld ⊢ φ → A + B ∈ ℂ
81 79 80 71 73 divsubdird ⊢ φ → B + B - A + B 2 = B + B 2 − A + B 2
82 2 1 2 pnpcan2d ⊢ φ → B + B - A + B = B − A
83 82 oveq1d ⊢ φ → B + B - A + B 2 = B − A 2
84 78 81 83 3eqtr2d ⊢ φ → B − M = B − A 2
85 13 71 73 divrec2d ⊢ φ → B − A 2 = 1 2 ⁢ B − A
86 84 85 eqtrd ⊢ φ → B − M = 1 2 ⁢ B − A
87 86 fveq2d ⊢ φ → B − M = 1 2 ⁢ B − A
88 40 13 absmuld ⊢ φ → 1 2 ⁢ B − A = 1 2 ⁢ B − A
89 0red ⊢ φ → 0 ∈ ℝ
90 halfgt0 ⊢ 0 < 1 2
91 90 a1i ⊢ φ → 0 < 1 2
92 89 42 91 ltled ⊢ φ → 0 ≤ 1 2
93 42 92 absidd ⊢ φ → 1 2 = 1 2
94 93 oveq1d ⊢ φ → 1 2 ⁢ B − A = 1 2 ⁢ B − A
95 87 88 94 3eqtrd ⊢ φ → B − M = 1 2 ⁢ B − A
96 95 oveq1d ⊢ φ → B − M 2 = 1 2 ⁢ B − A 2
97 40 15 sqmuld ⊢ φ → 1 2 ⁢ B − A 2 = 1 2 2 ⁢ B − A 2
98 96 97 eqtrd ⊢ φ → B − M 2 = 1 2 2 ⁢ B − A 2
99 40 16 13 subdird ⊢ φ → 1 2 − X ⁢ B − A = 1 2 ⁢ B − A − X ⁢ B − A
100 86 31 oveq12d ⊢ φ → B - M - B − P = 1 2 ⁢ B − A − X ⁢ B − A
101 80 halfcld ⊢ φ → A + B 2 ∈ ℂ
102 4 101 eqeltrd ⊢ φ → M ∈ ℂ
103 2 102 23 nnncan1d ⊢ φ → B - M - B − P = P − M
104 99 100 103 3eqtr2rd ⊢ φ → P − M = 1 2 − X ⁢ B − A
105 104 fveq2d ⊢ φ → P − M = 1 2 − X ⁢ B − A
106 44 13 absmuld ⊢ φ → 1 2 − X ⁢ B − A = 1 2 − X ⁢ B − A
107 105 106 eqtrd ⊢ φ → P − M = 1 2 − X ⁢ B − A
108 107 oveq1d ⊢ φ → P − M 2 = 1 2 − X ⁢ B − A 2
109 46 15 sqmuld ⊢ φ → 1 2 − X ⁢ B − A 2 = 1 2 − X 2 ⁢ B − A 2
110 108 109 eqtrd ⊢ φ → P − M 2 = 1 2 − X 2 ⁢ B − A 2
111 98 110 oveq12d ⊢ φ → B − M 2 − P − M 2 = 1 2 2 ⁢ B − A 2 − 1 2 − X 2 ⁢ B − A 2
112 49 70 111 3eqtr4rd ⊢ φ → B − M 2 − P − M 2 = 1 − X ⁢ X ⁢ B − A 2
113 38 112 eqtr4d ⊢ φ → P − A ⁢ P − B = B − M 2 − P − M 2