Metamath Proof Explorer


Theorem constrlccllem

Description: Constructible numbers are closed under line-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
constrlccllem.a ⊢ φ → A ∈ Constr
constrlccllem.b ⊢ φ → B ∈ Constr
constrlccllem.c ⊢ φ → G ∈ Constr
constrlccllem.e ⊢ φ → E ∈ Constr
constrlccllem.f ⊢ φ → F ∈ Constr
constrlccllem.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
constrlccllem.x ⊢ φ → X ∈ ℂ
constrlccllem.1 ⊢ φ → X = A + T ⁢ B − A
constrlccllem.2 ⊢ φ → X − G = E − F
Assertion constrlccllem ⊢ 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 constrlccllem.a ⊢ φ → A ∈ Constr
3 constrlccllem.b ⊢ φ → B ∈ Constr
4 constrlccllem.c ⊢ φ → G ∈ Constr
5 constrlccllem.e ⊢ φ → E ∈ Constr
6 constrlccllem.f ⊢ φ → F ∈ Constr
7 constrlccllem.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
8 constrlccllem.x ⊢ φ → X ∈ ℂ
9 constrlccllem.1 ⊢ φ → X = A + T ⁢ B − A
10 constrlccllem.2 ⊢ φ → X − G = E − F
11 peano2b ⊢ n ∈ ω ↔ suc ⁡ n ∈ ω
12 11 biimpi ⊢ n ∈ ω → suc ⁡ n ∈ ω
13 12 ad2antlr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → suc ⁡ n ∈ ω
14 fveq2 ⊢ m = suc ⁡ n → C ⁡ m = C ⁡ suc ⁡ n
15 14 eleq2d ⊢ m = suc ⁡ n → X ∈ C ⁡ m ↔ X ∈ C ⁡ suc ⁡ n
16 15 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n ∧ m = suc ⁡ n → X ∈ C ⁡ m ↔ X ∈ C ⁡ suc ⁡ n
17 8 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ ℂ
18 id ⊢ a = A → a = A
19 oveq2 ⊢ a = A → b − a = b − A
20 19 oveq2d ⊢ a = A → t ⁢ b − a = t ⁢ b − A
21 18 20 oveq12d ⊢ a = A → a + t ⁢ b − a = A + t ⁢ b − A
22 21 eqeq2d ⊢ a = A → X = a + t ⁢ b − a ↔ X = A + t ⁢ b − A
23 22 anbi1d ⊢ a = A → X = a + t ⁢ b − a ∧ X − c = e − f ↔ X = A + t ⁢ b − A ∧ X − c = e − f
24 23 rexbidv ⊢ a = A → ∃ t ∈ ℝ X = a + t ⁢ b − a ∧ X − c = e − f ↔ ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ b − A ∧ X − c = e − f
25 24 2rexbidv ⊢ a = A → ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = a + t ⁢ b − a ∧ X − c = e − f ↔ ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ b − A ∧ X − c = e − f
26 oveq1 ⊢ b = B → b − A = B − A
27 26 oveq2d ⊢ b = B → t ⁢ b − A = t ⁢ B − A
28 27 oveq2d ⊢ b = B → A + t ⁢ b − A = A + t ⁢ B − A
29 28 eqeq2d ⊢ b = B → X = A + t ⁢ b − A ↔ X = A + t ⁢ B − A
30 29 anbi1d ⊢ b = B → X = A + t ⁢ b − A ∧ X − c = e − f ↔ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − c = e − f
31 30 rexbidv ⊢ b = B → ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ b − A ∧ X − c = e − f ↔ ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − c = e − f
32 31 2rexbidv ⊢ b = B → ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ b − A ∧ X − c = e − f ↔ ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − c = e − f
33 oveq2 ⊢ c = G → X − c = X − G
34 33 fveq2d ⊢ c = G → X − c = X − G
35 34 eqeq1d ⊢ c = G → X − c = e − f ↔ X − G = e − f
36 35 anbi2d ⊢ c = G → X = A + t ⁢ B − A ∧ X − c = e − f ↔ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = e − f
37 36 rexbidv ⊢ c = G → ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − c = e − f ↔ ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = e − f
38 37 2rexbidv ⊢ c = G → ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − c = e − f ↔ ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = e − f
39 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → A ∈ Constr
40 simpr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n
41 40 unssad ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → A B G ⊆ C ⁡ n
42 39 41 tpssad ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → A ∈ C ⁡ n
43 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → B ∈ Constr
44 43 41 tpssbd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → B ∈ C ⁡ n
45 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → G ∈ Constr
46 45 41 tpsscd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → G ∈ C ⁡ n
47 oveq1 ⊢ e = E → e − f = E − f
48 47 fveq2d ⊢ e = E → e − f = E − f
49 48 eqeq2d ⊢ e = E → X − G = e − f ↔ X − G = E − f
50 49 anbi2d ⊢ e = E → X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = e − f ↔ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = E − f
51 oveq2 ⊢ f = F → E − f = E − F
52 51 fveq2d ⊢ f = F → E − f = E − F
53 52 eqeq2d ⊢ f = F → X − G = E − f ↔ X − G = E − F
54 53 anbi2d ⊢ f = F → X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = E − f ↔ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = E − F
55 oveq1 ⊢ t = T → t ⁢ B − A = T ⁢ B − A
56 55 oveq2d ⊢ t = T → A + t ⁢ B − A = A + T ⁢ B − A
57 56 eqeq2d ⊢ t = T → X = A + t ⁢ B − A ↔ X = A + T ⁢ B − A
58 57 anbi1d ⊢ t = T → X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = E − F ↔ X = A + T ⁢ B − A ∧ X − G = E − F
59 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → E ∈ Constr
60 40 unssbd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → E F ⊆ C ⁡ n
61 59 60 prssad ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → E ∈ C ⁡ n
62 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → F ∈ Constr
63 62 60 prssbd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → F ∈ C ⁡ n
64 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → T ∈ ℝ
65 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → X = A + T ⁢ B − A
66 10 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → X − G = E − F
67 65 66 jca ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → X = A + T ⁢ B − A ∧ X − G = E − F
68 50 54 58 61 63 64 67 3rspcedvdw ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → ∃ e ∈ C ⁡ n ∃ f ∈ C ⁡ n ∃ t ∈ ℝ X = A + t ⁢ B − A ∧ X − G = e − f
69 25 32 38 42 44 46 68 3rspcedvdw ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → ∃ 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
70 69 3mix2d ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ 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
71 nnon ⊢ n ∈ ω → n ∈ On
72 71 ad2antlr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → n ∈ On
73 eqid ⊢ C ⁡ n = C ⁡ n
74 1 72 73 constrsuc ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ 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
75 17 70 74 mpbir2and ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ C ⁡ suc ⁡ n
76 13 16 75 rspcedvd ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → ∃ m ∈ ω X ∈ C ⁡ m
77 1 isconstr ⊢ X ∈ Constr ↔ ∃ m ∈ ω X ∈ C ⁡ m
78 76 77 sylibr ⊢ φ ∧ n ∈ ω ∧ A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n → X ∈ Constr
79 2 3 4 tpssd ⊢ φ → A B G ⊆ Constr
80 5 6 prssd ⊢ φ → E F ⊆ Constr
81 79 80 unssd ⊢ φ → A B G ∪ E F ⊆ Constr
82 tpfi ⊢ A B G ∈ Fin
83 82 a1i ⊢ φ → A B G ∈ Fin
84 prfi ⊢ E F ∈ Fin
85 84 a1i ⊢ φ → E F ∈ Fin
86 83 85 unfid ⊢ φ → A B G ∪ E F ∈ Fin
87 1 81 86 constrfiss ⊢ φ → ∃ n ∈ ω A B G ∪ E F ⊆ C ⁡ n
88 78 87 r19.29a ⊢ φ → X ∈ Constr