Metamath Proof Explorer


Theorem constrcccllem

Description: Constructible numbers are closed under circle-circle intersections. (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses constr0.1 ⊢ C = rec ⁡ s ∈ V ⟼ x ∈ ℂ | ∃ a ∈ s ∃ b ∈ s ∃ c ∈ s ∃ d ∈ s ∃ t ∈ ℝ ∃ r ∈ ℝ x = a + t ⁢ b − a ∧ x = c + r ⁢ d − c ∧ ℑ ⁡ b − a ‾ ⁢ d − c ≠ 0 ∨ ∃ a ∈ s ∃ b ∈ s ∃ c ∈ s ∃ e ∈ s ∃ f ∈ s ∃ t ∈ ℝ x = a + t ⁢ b − a ∧ x − c = e − f ∨ ∃ a ∈ s ∃ b ∈ s ∃ c ∈ s ∃ d ∈ s ∃ e ∈ s ∃ f ∈ s a ≠ d ∧ x − a = b − c ∧ x − d = e − f 0 1
constrcccllem.a ⊢ φ → A ∈ Constr
constrcccllem.b ⊢ φ → B ∈ Constr
constrcccllem.c ⊢ φ → G ∈ Constr
constrcccllem.d ⊢ φ → D ∈ Constr
constrcccllem.e ⊢ φ → E ∈ Constr
constrcccllem.f ⊢ φ → F ∈ Constr
constrcccllem.x ⊢ φ → X ∈ ℂ
constrcccllem.1 ⊢ φ → A ≠ D
constrcccllem.2 ⊢ φ → X − A = B − G
constrcccllem.3 ⊢ φ → X − D = E − F
Assertion constrcccllem ⊢ φ → X ∈ Constr

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 constr0.1 ⊢ C = rec ⁡ s ∈ V ⟼ x ∈ ℂ | ∃ a ∈ s ∃ b ∈ s ∃ c ∈ s ∃ d ∈ s ∃ t ∈ ℝ ∃ r ∈ ℝ x = a + t ⁢ b − a ∧ x = c + r ⁢ d − c ∧ ℑ ⁡ b − a ‾ ⁢ d − c ≠ 0 ∨ ∃ a ∈ s ∃ b ∈ s ∃ c ∈ s ∃ e ∈ s ∃ f ∈ s ∃ t ∈ ℝ x = a + t ⁢ b − a ∧ x − c = e − f ∨ ∃ a ∈ s ∃ b ∈ s ∃ c ∈ s ∃ d ∈ s ∃ e ∈ s ∃ f ∈ s a ≠ d ∧ x − a = b − c ∧ x − d = e − f 0 1
2 constrcccllem.a ⊢ φ → A ∈ Constr
3 constrcccllem.b ⊢ φ → B ∈ Constr
4 constrcccllem.c ⊢ φ → G ∈ Constr
5 constrcccllem.d ⊢ φ → D ∈ Constr
6 constrcccllem.e ⊢ φ → E ∈ Constr
7 constrcccllem.f ⊢ φ → F ∈ Constr
8 constrcccllem.x ⊢ φ → X ∈ ℂ
9 constrcccllem.1 ⊢ φ → A ≠ D
10 constrcccllem.2 ⊢ φ → X − A = B − G
11 constrcccllem.3 ⊢ φ → X − D = E − F
12 peano2b ⊢ n ∈ ω ↔ suc ⁡ n ∈ ω
13 12 biimpi ⊢ n ∈ ω → suc ⁡ n ∈ ω
14 13 ad2antlr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → suc ⁡ n ∈ ω
15 fveq2 ⊢ m = suc ⁡ n → C ⁡ m = C ⁡ suc ⁡ n
16 15 eleq2d ⊢ m = suc ⁡ n → X ∈ C ⁡ m ↔ X ∈ C ⁡ suc ⁡ n
17 16 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n ∧ m = suc ⁡ n → X ∈ C ⁡ m ↔ X ∈ C ⁡ suc ⁡ n
18 8 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ ℂ
19 neeq1 ⊢ a = A → a ≠ d ↔ A ≠ d
20 oveq2 ⊢ a = A → X − a = X − A
21 20 fveq2d ⊢ a = A → X − a = X − A
22 21 eqeq1d ⊢ a = A → X − a = b − c ↔ X − A = b − c
23 19 22 3anbi12d ⊢ a = A → a ≠ d ∧ X − a = b − c ∧ X − d = e − f ↔ A ≠ d ∧ X − A = b − c ∧ X − d = e − f
24 23 rexbidv ⊢ a = A → ∃ f ∈ C ⁡ n a ≠ d ∧ X − a = b − c ∧ X − d = e − f ↔ ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = b − c ∧ X − d = e − f
25 24 2rexbidv ⊢ a = A → ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n a ≠ d ∧ X − a = b − c ∧ X − d = e − f ↔ ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = b − c ∧ X − d = e − f
26 oveq1 ⊢ b = B → b − c = B − c
27 26 fveq2d ⊢ b = B → b − c = B − c
28 27 eqeq2d ⊢ b = B → X − A = b − c ↔ X − A = B − c
29 28 3anbi2d ⊢ b = B → A ≠ d ∧ X − A = b − c ∧ X − d = e − f ↔ A ≠ d ∧ X − A = B − c ∧ X − d = e − f
30 29 rexbidv ⊢ b = B → ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = b − c ∧ X − d = e − f ↔ ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − c ∧ X − d = e − f
31 30 2rexbidv ⊢ b = B → ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = b − c ∧ X − d = e − f ↔ ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − c ∧ X − d = e − f
32 oveq2 ⊢ c = G → B − c = B − G
33 32 fveq2d ⊢ c = G → B − c = B − G
34 33 eqeq2d ⊢ c = G → X − A = B − c ↔ X − A = B − G
35 34 3anbi2d ⊢ c = G → A ≠ d ∧ X − A = B − c ∧ X − d = e − f ↔ A ≠ d ∧ X − A = B − G ∧ X − d = e − f
36 35 rexbidv ⊢ c = G → ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − c ∧ X − d = e − f ↔ ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − G ∧ X − d = e − f
37 36 2rexbidv ⊢ c = G → ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − c ∧ X − d = e − f ↔ ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − G ∧ X − d = e − f
38 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → A ∈ Constr
39 simpr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n
40 39 unssad ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → A B G ⊆ C ⁡ n
41 38 40 tpssad ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → A ∈ C ⁡ n
42 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → B ∈ Constr
43 42 40 tpssbd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → B ∈ C ⁡ n
44 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → G ∈ Constr
45 44 40 tpsscd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → G ∈ C ⁡ n
46 neeq2 ⊢ d = D → A ≠ d ↔ A ≠ D
47 oveq2 ⊢ d = D → X − d = X − D
48 47 fveq2d ⊢ d = D → X − d = X − D
49 48 eqeq1d ⊢ d = D → X − d = e − f ↔ X − D = e − f
50 46 49 3anbi13d ⊢ d = D → A ≠ d ∧ X − A = B − G ∧ X − d = e − f ↔ A ≠ D ∧ X − A = B − G ∧ X − D = e − f
51 oveq1 ⊢ e = E → e − f = E − f
52 51 fveq2d ⊢ e = E → e − f = E − f
53 52 eqeq2d ⊢ e = E → X − D = e − f ↔ X − D = E − f
54 53 3anbi3d ⊢ e = E → A ≠ D ∧ X − A = B − G ∧ X − D = e − f ↔ A ≠ D ∧ X − A = B − G ∧ X − D = E − f
55 oveq2 ⊢ f = F → E − f = E − F
56 55 fveq2d ⊢ f = F → E − f = E − F
57 56 eqeq2d ⊢ f = F → X − D = E − f ↔ X − D = E − F
58 57 3anbi3d ⊢ f = F → A ≠ D ∧ X − A = B − G ∧ X − D = E − f ↔ A ≠ D ∧ X − A = B − G ∧ X − D = E − F
59 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → D ∈ Constr
60 39 unssbd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → D E F ⊆ C ⁡ n
61 59 60 tpssad ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → D ∈ C ⁡ n
62 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → E ∈ Constr
63 62 60 tpssbd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → E ∈ C ⁡ n
64 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → F ∈ Constr
65 64 60 tpsscd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → F ∈ C ⁡ n
66 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → A ≠ D
67 10 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → X − A = B − G
68 11 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → X − D = E − F
69 66 67 68 3jca ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → A ≠ D ∧ X − A = B − G ∧ X − D = E − F
70 50 54 58 61 63 65 69 3rspcedvdw ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n A ≠ d ∧ X − A = B − G ∧ X − d = e − f
71 25 31 37 41 43 45 70 3rspcedvdw ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n a ≠ d ∧ X − a = b − c ∧ X − d = e − f
72 71 3mix3d ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ ∃ r ∈ ℝ X = a + t ⁢ b − a ∧ X = c + r ⁢ d − c ∧ ℑ ⁡ b − a ‾ ⁢ d − c ≠ 0 ∨ ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = a + t ⁢ b − a ∧ X − c = e − f ∨ ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n a ≠ d ∧ X − a = b − c ∧ X − d = e − f
73 nnon ⊢ n ∈ ω → n ∈ On
74 73 ad2antlr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → n ∈ On
75 eqid ⊢ C ⁡ n = C ⁡ n
76 1 74 75 constrsuc ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ C ⁡ suc ⁡ n ↔ X ∈ ℂ ∧ ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ ∃ r ∈ ℝ X = a + t ⁢ b − a ∧ X = c + r ⁢ d − c ∧ ℑ ⁡ b − a ‾ ⁢ d − c ≠ 0 ∨ ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = a + t ⁢ b − a ∧ X − c = e − f ∨ ∃ a ∈ C ⁡ n ∃ b ∈ C ⁡ n ∃ c ∈ C ⁡ n ∃ d ∈ C ⁡ n ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n a ≠ d ∧ X − a = b − c ∧ X − d = e − f
77 18 72 76 mpbir2and ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ C ⁡ suc ⁡ n
78 14 17 77 rspcedvd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → ∃ m ∈ ω X ∈ C ⁡ m
79 1 isconstr ⊢ X ∈ Constr ↔ ∃ m ∈ ω X ∈ C ⁡ m
80 78 79 sylibr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ Constr
81 2 3 4 tpssd ⊢ φ → A B G ⊆ Constr
82 5 6 7 tpssd ⊢ φ → D E F ⊆ Constr
83 81 82 unssd ⊢ φ → A B G ∪ D E F ⊆ Constr
84 tpfi ⊢ A B G ∈ Fin
85 84 a1i ⊢ φ → A B G ∈ Fin
86 tpfi ⊢ D E F ∈ Fin
87 86 a1i ⊢ φ → D E F ∈ Fin
88 85 87 unfid ⊢ φ → A B G ∪ D E F ∈ Fin
89 1 83 88 constrfiss ⊢ φ → ∃ n ∈ ω A B G ∪ D E F ⊆ C ⁡ n
90 80 89 r19.29a ⊢ φ → X ∈ Constr