Metamath Proof Explorer


Theorem constrrtlc1

Description: In the construction of constructible numbers, line-circle intersections are roots of a quadratic equation, non-degenerate case. (Contributed by Thierry Arnoux, 6-Jul-2025)

Ref Expression
Hypotheses constrrtlc.s ⊢ φ → S ⊆ ℂ
constrrtlc.a ⊢ φ → A ∈ S
constrrtlc.b ⊢ φ → B ∈ S
constrrtlc.c ⊢ φ → C ∈ S
constrrtlc.e ⊢ φ → E ∈ S
constrrtlc.f ⊢ φ → F ∈ S
constrrtlc.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
constrrtlc.1 ⊢ φ → X = A + T ⁢ B − A
constrrtlc.2 ⊢ φ → X − C = E − F
constrrtlc.q ⊢ Q = B ‾ − A ‾ B − A
constrrtlc.m ⊢ M = A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q
constrrtlc.n ⊢ N = − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
constrrtlc1.1 ⊢ φ → A ≠ B
Assertion constrrtlc1 ⊢ φ → X 2 + M ⁢ X + N = 0 ∧ Q ≠ 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 constrrtlc.s ⊢ φ → S ⊆ ℂ
2 constrrtlc.a ⊢ φ → A ∈ S
3 constrrtlc.b ⊢ φ → B ∈ S
4 constrrtlc.c ⊢ φ → C ∈ S
5 constrrtlc.e ⊢ φ → E ∈ S
6 constrrtlc.f ⊢ φ → F ∈ S
7 constrrtlc.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
8 constrrtlc.1 ⊢ φ → X = A + T ⁢ B − A
9 constrrtlc.2 ⊢ φ → X − C = E − F
10 constrrtlc.q ⊢ Q = B ‾ − A ‾ B − A
11 constrrtlc.m ⊢ M = A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q
12 constrrtlc.n ⊢ N = − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
13 constrrtlc1.1 ⊢ φ → A ≠ B
14 1 2 sseldd ⊢ φ → A ∈ ℂ
15 14 cjcld ⊢ φ → A ‾ ∈ ℂ
16 1 3 sseldd ⊢ φ → B ∈ ℂ
17 16 cjcld ⊢ φ → B ‾ ∈ ℂ
18 17 15 subcld ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ∈ ℂ
19 16 14 subcld ⊢ φ → B − A ∈ ℂ
20 13 necomd ⊢ φ → B ≠ A
21 16 14 20 subne0d ⊢ φ → B − A ≠ 0
22 18 19 21 divcld ⊢ φ → B ‾ − A ‾ B − A ∈ ℂ
23 10 22 eqeltrid ⊢ φ → Q ∈ ℂ
24 14 23 mulcld ⊢ φ → A ⁢ Q ∈ ℂ
25 15 24 subcld ⊢ φ → A ‾ − A ⁢ Q ∈ ℂ
26 1 4 sseldd ⊢ φ → C ∈ ℂ
27 26 cjcld ⊢ φ → C ‾ ∈ ℂ
28 25 27 subcld ⊢ φ → A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ ∈ ℂ
29 26 23 mulcld ⊢ φ → C ⁢ Q ∈ ℂ
30 28 29 subcld ⊢ φ → A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q ∈ ℂ
31 16 14 cjsubd ⊢ φ → B − A ‾ = B ‾ − A ‾
32 19 21 cjne0d ⊢ φ → B − A ‾ ≠ 0
33 31 32 eqnetrrd ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ≠ 0
34 18 19 33 21 divne0d ⊢ φ → B ‾ − A ‾ B − A ≠ 0
35 10 neeq1i ⊢ Q ≠ 0 ↔ B ‾ − A ‾ B − A ≠ 0
36 34 35 sylibr ⊢ φ → Q ≠ 0
37 30 23 36 divcld ⊢ φ → A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q ∈ ℂ
38 7 recnd ⊢ φ → T ∈ ℂ
39 38 19 mulcld ⊢ φ → T ⁢ B − A ∈ ℂ
40 14 39 addcld ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ∈ ℂ
41 8 40 eqeltrd ⊢ φ → X ∈ ℂ
42 37 41 mulcomd ⊢ φ → A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q ⁢ X = X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q
43 11 a1i ⊢ φ → M = A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q
44 43 oveq1d ⊢ φ → M ⁢ X = A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q ⁢ X
45 41 30 23 36 divassd ⊢ φ → X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q = X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q
46 42 44 45 3eqtr4d ⊢ φ → M ⁢ X = X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q
47 12 a1i ⊢ φ → N = − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
48 46 47 oveq12d ⊢ φ → M ⁢ X + N = X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
49 41 30 mulcld ⊢ φ → X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q ∈ ℂ
50 26 28 mulcld ⊢ φ → C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ ∈ ℂ
51 41 sqvald ⊢ φ → X 2 = X ⁢ X
52 51 oveq1d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q = X ⁢ X ⁢ Q
53 41 41 23 mulassd ⊢ φ → X ⁢ X ⁢ Q = X ⁢ X ⁢ Q
54 52 53 eqtrd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q = X ⁢ X ⁢ Q
55 41 23 mulcld ⊢ φ → X ⁢ Q ∈ ℂ
56 41 55 mulcld ⊢ φ → X ⁢ X ⁢ Q ∈ ℂ
57 54 56 eqeltrd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q ∈ ℂ
58 57 49 50 addsubd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ = X 2 ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q
59 54 oveq1d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ = X ⁢ X ⁢ Q − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾
60 41 28 29 subdid ⊢ φ → X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q = X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ − X ⁢ C ⁢ Q
61 59 60 oveq12d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q = X ⁢ X ⁢ Q − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - X ⁢ C ⁢ Q
62 41 28 mulcld ⊢ φ → X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ ∈ ℂ
63 41 29 mulcld ⊢ φ → X ⁢ C ⁢ Q ∈ ℂ
64 56 62 50 63 addsub4d ⊢ φ → X ⁢ X ⁢ Q + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ C ⁢ Q = X ⁢ X ⁢ Q − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - X ⁢ C ⁢ Q
65 41 26 55 28 submuladdd ⊢ φ → X − C ⁢ X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ = X ⁢ X ⁢ Q + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ X ⁢ Q + C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾
66 9 oveq1d ⊢ φ → X − C 2 = E − F 2
67 41 26 subcld ⊢ φ → X − C ∈ ℂ
68 67 absvalsqd ⊢ φ → X − C 2 = X − C ⁢ X − C ‾
69 1 5 sseldd ⊢ φ → E ∈ ℂ
70 1 6 sseldd ⊢ φ → F ∈ ℂ
71 69 70 subcld ⊢ φ → E − F ∈ ℂ
72 71 absvalsqd ⊢ φ → E − F 2 = E − F ⁢ E − F ‾
73 66 68 72 3eqtr3d ⊢ φ → X − C ⁢ X − C ‾ = E − F ⁢ E − F ‾
74 8 fvoveq1d ⊢ φ → X − C ‾ = A + T ⁢ B − A - C ‾
75 40 26 cjsubd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ‾ = A + T ⁢ B − A ‾ − C ‾
76 14 39 cjaddd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ‾ = A ‾ + T ⁢ B − A ‾
77 38 19 cjmuld ⊢ φ → T ⁢ B − A ‾ = T ‾ ⁢ B − A ‾
78 7 cjred ⊢ φ → T ‾ = T
79 14 39 8 mvrladdd ⊢ φ → X − A = T ⁢ B − A
80 79 39 eqeltrd ⊢ φ → X − A ∈ ℂ
81 80 38 19 21 divmul3d ⊢ φ → X − A B − A = T ↔ X − A = T ⁢ B − A
82 79 81 mpbird ⊢ φ → X − A B − A = T
83 78 82 eqtr4d ⊢ φ → T ‾ = X − A B − A
84 83 31 oveq12d ⊢ φ → T ‾ ⁢ B − A ‾ = X − A B − A ⁢ B ‾ − A ‾
85 80 19 18 21 div32d ⊢ φ → X − A B − A ⁢ B ‾ − A ‾ = X − A ⁢ B ‾ − A ‾ B − A
86 10 oveq2i ⊢ X − A ⁢ Q = X − A ⁢ B ‾ − A ‾ B − A
87 85 86 eqtr4di ⊢ φ → X − A B − A ⁢ B ‾ − A ‾ = X − A ⁢ Q
88 41 14 23 subdird ⊢ φ → X − A ⁢ Q = X ⁢ Q − A ⁢ Q
89 84 87 88 3eqtrd ⊢ φ → T ‾ ⁢ B − A ‾ = X ⁢ Q − A ⁢ Q
90 77 89 eqtrd ⊢ φ → T ⁢ B − A ‾ = X ⁢ Q − A ⁢ Q
91 90 oveq2d ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B − A ‾ = A ‾ + X ⁢ Q - A ⁢ Q
92 15 55 24 addsub12d ⊢ φ → A ‾ + X ⁢ Q - A ⁢ Q = X ⁢ Q + A ‾ - A ⁢ Q
93 76 91 92 3eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ‾ = X ⁢ Q + A ‾ - A ⁢ Q
94 93 oveq1d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ‾ − C ‾ = X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾
95 55 25 27 addsubassd ⊢ φ → X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ = X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾
96 75 94 95 3eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ‾ = X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾
97 74 96 eqtrd ⊢ φ → X − C ‾ = X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾
98 97 oveq2d ⊢ φ → X − C ⁢ X − C ‾ = X − C ⁢ X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾
99 69 70 cjsubd ⊢ φ → E − F ‾ = E ‾ − F ‾
100 99 oveq2d ⊢ φ → E − F ⁢ E − F ‾ = E − F ⁢ E ‾ − F ‾
101 73 98 100 3eqtr3d ⊢ φ → X − C ⁢ X ⁢ Q + A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ = E − F ⁢ E ‾ − F ‾
102 26 41 23 mul12d ⊢ φ → C ⁢ X ⁢ Q = X ⁢ C ⁢ Q
103 102 oveq1d ⊢ φ → C ⁢ X ⁢ Q + C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ = X ⁢ C ⁢ Q + C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾
104 63 50 103 comraddd ⊢ φ → C ⁢ X ⁢ Q + C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ = C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ C ⁢ Q
105 104 oveq2d ⊢ φ → X ⁢ X ⁢ Q + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ X ⁢ Q + C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ = X ⁢ X ⁢ Q + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ C ⁢ Q
106 65 101 105 3eqtr3rd ⊢ φ → X ⁢ X ⁢ Q + X ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ C ⁢ Q = E − F ⁢ E ‾ − F ‾
107 61 64 106 3eqtr2d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q = E − F ⁢ E ‾ − F ‾
108 58 107 eqtrd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ = E − F ⁢ E ‾ − F ‾
109 57 49 addcld ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q ∈ ℂ
110 109 50 subcld ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ ∈ ℂ
111 108 110 eqeltrrd ⊢ φ → E − F ⁢ E ‾ − F ‾ ∈ ℂ
112 50 111 addcld ⊢ φ → C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ ∈ ℂ
113 112 negcld ⊢ φ → − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ ∈ ℂ
114 49 113 23 36 divdird ⊢ φ → X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q = X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
115 48 114 eqtr4d ⊢ φ → M ⁢ X + N = X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
116 115 oveq2d ⊢ φ → X 2 + M ⁢ X + N = X 2 + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
117 41 sqcld ⊢ φ → X 2 ∈ ℂ
118 49 113 addcld ⊢ φ → X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ ∈ ℂ
119 117 23 118 36 muldivdid ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q = X 2 + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q
120 57 49 113 addassd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾
121 109 112 negsubd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾
122 109 50 111 subsub4d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾
123 110 108 subeq0bd ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q - C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ - E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = 0
124 121 122 123 3eqtr2d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = 0
125 120 124 eqtr3d ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = 0
126 57 118 addcld ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ ∈ ℂ
127 126 23 36 diveq0ad ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q = 0 ↔ X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ = 0
128 125 127 mpbird ⊢ φ → X 2 ⁢ Q + X ⁢ A ‾ − A ⁢ Q - C ‾ - C ⁢ Q + − C ⁢ A ‾ - A ⁢ Q - C ‾ + E − F ⁢ E ‾ − F ‾ Q = 0
129 116 119 128 3eqtr2d ⊢ φ → X 2 + M ⁢ X + N = 0
130 129 36 jca ⊢ φ → X 2 + M ⁢ X + N = 0 ∧ Q ≠ 0