Metamath Proof Explorer


Theorem constrrtll

Description: In the construction of constructible numbers, line-line intersections are solutions of linear equations, and can therefore be completely constructed. (Contributed by Thierry Arnoux, 6-Jul-2025)

Ref Expression
Hypotheses constrrtll.s ⊢ φ → S ⊆ ℂ
constrrtll.a ⊢ φ → A ∈ S
constrrtll.b ⊢ φ → B ∈ S
constrrtll.c ⊢ φ → C ∈ S
constrrtll.d ⊢ φ → D ∈ S
constrrtll.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
constrrtll.r ⊢ φ → R ∈ ℝ
constrrtll.1 ⊢ φ → X = A + T ⁢ B − A
constrrtll.2 ⊢ φ → X = C + R ⁢ D − C
constrrtll.3 ⊢ φ → ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C ≠ 0
constrrtll.n ⊢ N = A + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ⁢ B − A
Assertion constrrtll ⊢ φ → X = N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 constrrtll.s ⊢ φ → S ⊆ ℂ
2 constrrtll.a ⊢ φ → A ∈ S
3 constrrtll.b ⊢ φ → B ∈ S
4 constrrtll.c ⊢ φ → C ∈ S
5 constrrtll.d ⊢ φ → D ∈ S
6 constrrtll.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
7 constrrtll.r ⊢ φ → R ∈ ℝ
8 constrrtll.1 ⊢ φ → X = A + T ⁢ B − A
9 constrrtll.2 ⊢ φ → X = C + R ⁢ D − C
10 constrrtll.3 ⊢ φ → ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C ≠ 0
11 constrrtll.n ⊢ N = A + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ⁢ B − A
12 6 recnd ⊢ φ → T ∈ ℂ
13 1 3 sseldd ⊢ φ → B ∈ ℂ
14 1 2 sseldd ⊢ φ → A ∈ ℂ
15 13 14 cjsubd ⊢ φ → B − A ‾ = B ‾ − A ‾
16 13 14 subcld ⊢ φ → B − A ∈ ℂ
17 16 cjcld ⊢ φ → B − A ‾ ∈ ℂ
18 15 17 eqeltrrd ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ∈ ℂ
19 1 5 sseldd ⊢ φ → D ∈ ℂ
20 1 4 sseldd ⊢ φ → C ∈ ℂ
21 19 20 subcld ⊢ φ → D − C ∈ ℂ
22 18 21 mulcld ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ
23 19 20 cjsubd ⊢ φ → D − C ‾ = D ‾ − C ‾
24 21 cjcld ⊢ φ → D − C ‾ ∈ ℂ
25 23 24 eqeltrrd ⊢ φ → D ‾ − C ‾ ∈ ℂ
26 16 25 mulcld ⊢ φ → B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ∈ ℂ
27 12 22 26 subdid ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾
28 8 oveq1d ⊢ φ → X − C = A + T ⁢ B − A - C
29 7 recnd ⊢ φ → R ∈ ℂ
30 29 21 mulcld ⊢ φ → R ⁢ D − C ∈ ℂ
31 20 30 9 mvrladdd ⊢ φ → X − C = R ⁢ D − C
32 28 31 eqtr3d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C = R ⁢ D − C
33 32 30 eqeltrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ∈ ℂ
34 fveq2 ⊢ B − A ‾ ⁢ D − C = 0 → ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C = ℑ ⁡ 0
35 im0 ⊢ ℑ ⁡ 0 = 0
36 34 35 eqtrdi ⊢ B − A ‾ ⁢ D − C = 0 → ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C = 0
37 36 necon3i ⊢ ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C ≠ 0 → B − A ‾ ⁢ D − C ≠ 0
38 10 37 syl ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ≠ 0
39 17 21 38 mulne0bbd ⊢ φ → D − C ≠ 0
40 33 29 21 39 divmul3d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C = R ↔ A + T ⁢ B − A - C = R ⁢ D − C
41 32 40 mpbird ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C = R
42 41 fveq2d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C ‾ = R ‾
43 33 21 39 cjdivd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C ‾ = A + T ⁢ B − A - C ‾ D − C ‾
44 12 16 mulcld ⊢ φ → T ⁢ B − A ∈ ℂ
45 14 44 addcld ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ∈ ℂ
46 45 20 cjsubd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ‾ = A + T ⁢ B − A ‾ − C ‾
47 14 44 cjaddd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ‾ = A ‾ + T ⁢ B − A ‾
48 12 16 cjmuld ⊢ φ → T ⁢ B − A ‾ = T ‾ ⁢ B − A ‾
49 6 cjred ⊢ φ → T ‾ = T
50 49 15 oveq12d ⊢ φ → T ‾ ⁢ B − A ‾ = T ⁢ B ‾ − A ‾
51 48 50 eqtrd ⊢ φ → T ⁢ B − A ‾ = T ⁢ B ‾ − A ‾
52 51 oveq2d ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B − A ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾
53 47 52 eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾
54 53 oveq1d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A ‾ − C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾
55 46 54 eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾
56 55 23 oveq12d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ‾ D − C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ D ‾ − C ‾
57 43 56 eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ D ‾ − C ‾
58 7 cjred ⊢ φ → R ‾ = R
59 42 57 58 3eqtr3rd ⊢ φ → R = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ D ‾ − C ‾
60 41 59 eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ D ‾ − C ‾
61 14 cjcld ⊢ φ → A ‾ ∈ ℂ
62 12 18 mulcld ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ∈ ℂ
63 61 62 addcld ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ ∈ ℂ
64 20 cjcld ⊢ φ → C ‾ ∈ ℂ
65 63 64 subcld ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ ∈ ℂ
66 21 39 cjne0d ⊢ φ → D − C ‾ ≠ 0
67 23 66 eqnetrrd ⊢ φ → D ‾ − C ‾ ≠ 0
68 33 21 65 25 39 67 divmuleqd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C D − C = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ D ‾ − C ‾ ↔ A + T ⁢ B − A - C ⁢ D ‾ − C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ ⁢ D − C
69 60 68 mpbid ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ⁢ D ‾ − C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ ⁢ D − C
70 14 44 20 addsubassd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C = A + T ⁢ B − A - C
71 44 14 20 addsub12d ⊢ φ → T ⁢ B − A + A - C = A + T ⁢ B − A - C
72 70 71 eqtr4d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C = T ⁢ B − A + A - C
73 72 oveq1d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B − A + A - C ⁢ D ‾ − C ‾
74 14 20 subcld ⊢ φ → A − C ∈ ℂ
75 44 74 25 adddird ⊢ φ → T ⁢ B − A + A - C ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ + A − C ⁢ D ‾ − C ‾
76 12 16 25 mulassd ⊢ φ → T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾
77 76 oveq1d ⊢ φ → T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ + A − C ⁢ D ‾ − C ‾
78 73 75 77 3eqtrd ⊢ φ → A + T ⁢ B − A - C ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ + A − C ⁢ D ‾ − C ‾
79 61 62 64 addsubassd ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾
80 62 61 64 addsub12d ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ + A ‾ - C ‾ = A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾
81 79 80 eqtr4d ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ = T ⁢ B ‾ − A ‾ + A ‾ - C ‾
82 81 oveq1d ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ ⁢ D − C = T ⁢ B ‾ − A ‾ + A ‾ - C ‾ ⁢ D − C
83 61 64 subcld ⊢ φ → A ‾ − C ‾ ∈ ℂ
84 62 83 21 adddird ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ + A ‾ - C ‾ ⁢ D − C = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C + A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
85 12 18 21 mulassd ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C
86 85 oveq1d ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C + A ‾ − C ‾ ⁢ D − C = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C + A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
87 82 84 86 3eqtrd ⊢ φ → A ‾ + T ⁢ B ‾ − A ‾ - C ‾ ⁢ D − C = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C + A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
88 69 78 87 3eqtr3d ⊢ φ → T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C + A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
89 12 26 mulcld ⊢ φ → T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ∈ ℂ
90 74 25 mulcld ⊢ φ → A − C ⁢ D ‾ − C ‾ ∈ ℂ
91 12 22 mulcld ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ
92 83 21 mulcld ⊢ φ → A ‾ − C ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ
93 89 90 91 92 addsubeq4d ⊢ φ → T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ = T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C + A ‾ − C ‾ ⁢ D − C ↔ T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
94 88 93 mpbid ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − T ⁢ B − A ⁢ D ‾ − C ‾ = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
95 27 94 eqtrd ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C
96 22 26 subcld ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ∈ ℂ
97 90 92 subcld ⊢ φ → A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ
98 17 21 mulcld ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ
99 reim0b ⊢ B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ → B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ ↔ ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C = 0
100 98 99 syl ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ ↔ ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C = 0
101 100 necon3bbid ⊢ φ → ¬ B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ ↔ ℑ ⁡ B − A ‾ ⁢ D − C ≠ 0
102 10 101 mpbird ⊢ φ → ¬ B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ
103 cjreb ⊢ B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℂ → B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ ↔ B − A ‾ ⁢ D − C ‾ = B − A ‾ ⁢ D − C
104 98 103 syl ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ ↔ B − A ‾ ⁢ D − C ‾ = B − A ‾ ⁢ D − C
105 104 necon3bbid ⊢ φ → ¬ B − A ‾ ⁢ D − C ∈ ℝ ↔ B − A ‾ ⁢ D − C ‾ ≠ B − A ‾ ⁢ D − C
106 102 105 mpbid ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ‾ ≠ B − A ‾ ⁢ D − C
107 17 21 cjmuld ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ‾ = B − A ‾ ‾ ⁢ D − C ‾
108 16 cjcjd ⊢ φ → B − A ‾ ‾ = B − A
109 108 23 oveq12d ⊢ φ → B − A ‾ ‾ ⁢ D − C ‾ = B − A ⁢ D ‾ − C ‾
110 107 109 eqtrd ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C ‾ = B − A ⁢ D ‾ − C ‾
111 15 oveq1d ⊢ φ → B − A ‾ ⁢ D − C = B ‾ − A ‾ ⁢ D − C
112 106 110 111 3netr3d ⊢ φ → B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ≠ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C
113 112 necomd ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ⁢ D − C ≠ B − A ⁢ D ‾ − C ‾
114 22 26 113 subne0d ⊢ φ → B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ≠ 0
115 12 96 97 114 ldiv ⊢ φ → T ⁢ B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C ↔ T = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾
116 95 115 mpbid ⊢ φ → T = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾
117 116 oveq1d ⊢ φ → T ⁢ B − A = A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ⁢ B − A
118 117 oveq2d ⊢ φ → A + T ⁢ B − A = A + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ⁢ B − A
119 8 118 eqtrd ⊢ φ → X = A + A − C ⁢ D ‾ − C ‾ − A ‾ − C ‾ ⁢ D − C B ‾ − A ‾ ⁢ D − C − B − A ⁢ D ‾ − C ‾ ⁢ B − A
120 119 11 eqtr4di ⊢ φ → X = N