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Theorem itsclinecirc0in

Description: The intersection points of a line through two different points and a circle around the origin, using the definition of a line in a two dimensional Euclidean space, expressed as intersection. (Contributed by AV, 7-May-2023) (Revised by AV, 14-May-2023)

Ref Expression
Hypotheses itsclinecirc0b.i ⊢ I = 1 2
itsclinecirc0b.e ⊢ E = I
itsclinecirc0b.p ⊢ P = ℝ I
itsclinecirc0b.s ⊢ S = Sphere ⁡ E
itsclinecirc0b.0 ⊢ 0 ˙ = I × 0
itsclinecirc0b.q ⊢ Q = A 2 + B 2
itsclinecirc0b.d ⊢ D = R 2 ⁢ Q − C 2
itsclinecirc0b.l ⊢ L = Line M ⁡ E
itsclinecirc0b.a ⊢ A = X ⁡ 2 − Y ⁡ 2
itsclinecirc0b.b ⊢ B = Y ⁡ 1 − X ⁡ 1
itsclinecirc0b.c ⊢ C = X ⁡ 2 ⁢ Y ⁡ 1 − X ⁡ 1 ⁢ Y ⁡ 2
Assertion itsclinecirc0in ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → 0 ˙ S R ∩ X L Y = 1 A ⁢ C + B ⁢ D Q 2 B ⁢ C − A ⁢ D Q 1 A ⁢ C − B ⁢ D Q 2 B ⁢ C + A ⁢ D Q

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itsclinecirc0b.i ⊢ I = 1 2
2 itsclinecirc0b.e ⊢ E = I
3 itsclinecirc0b.p ⊢ P = ℝ I
4 itsclinecirc0b.s ⊢ S = Sphere ⁡ E
5 itsclinecirc0b.0 ⊢ 0 ˙ = I × 0
6 itsclinecirc0b.q ⊢ Q = A 2 + B 2
7 itsclinecirc0b.d ⊢ D = R 2 ⁢ Q − C 2
8 itsclinecirc0b.l ⊢ L = Line M ⁡ E
9 itsclinecirc0b.a ⊢ A = X ⁡ 2 − Y ⁡ 2
10 itsclinecirc0b.b ⊢ B = Y ⁡ 1 − X ⁡ 1
11 itsclinecirc0b.c ⊢ C = X ⁡ 2 ⁢ Y ⁡ 1 − X ⁡ 1 ⁢ Y ⁡ 2
12 elin ⊢ z ∈ 0 ˙ S R ∩ X L Y ↔ z ∈ 0 ˙ S R ∧ z ∈ X L Y
13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 itsclinecirc0b ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → z ∈ 0 ˙ S R ∧ z ∈ X L Y ↔ z ∈ P ∧ z ⁡ 1 = A ⁢ C + B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C − A ⁢ D Q ∨ z ⁡ 1 = A ⁢ C − B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C + A ⁢ D Q
14 12 13 bitrid ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → z ∈ 0 ˙ S R ∩ X L Y ↔ z ∈ P ∧ z ⁡ 1 = A ⁢ C + B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C − A ⁢ D Q ∨ z ⁡ 1 = A ⁢ C − B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C + A ⁢ D Q
15 1 3 rrx2pyel ⊢ X ∈ P → X ⁡ 2 ∈ ℝ
16 15 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → X ⁡ 2 ∈ ℝ
17 1 3 rrx2pyel ⊢ Y ∈ P → Y ⁡ 2 ∈ ℝ
18 17 adantl ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → Y ⁡ 2 ∈ ℝ
19 16 18 resubcld ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → X ⁡ 2 − Y ⁡ 2 ∈ ℝ
20 9 19 eqeltrid ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → A ∈ ℝ
21 20 3adant3 ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → A ∈ ℝ
22 21 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → A ∈ ℝ
23 1 3 rrx2pxel ⊢ Y ∈ P → Y ⁡ 1 ∈ ℝ
24 23 adantl ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → Y ⁡ 1 ∈ ℝ
25 1 3 rrx2pxel ⊢ X ∈ P → X ⁡ 1 ∈ ℝ
26 25 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → X ⁡ 1 ∈ ℝ
27 24 26 resubcld ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → Y ⁡ 1 − X ⁡ 1 ∈ ℝ
28 10 27 eqeltrid ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → B ∈ ℝ
29 28 3adant3 ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → B ∈ ℝ
30 29 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → B ∈ ℝ
31 16 24 remulcld ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → X ⁡ 2 ⁢ Y ⁡ 1 ∈ ℝ
32 26 18 remulcld ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → X ⁡ 1 ⁢ Y ⁡ 2 ∈ ℝ
33 31 32 resubcld ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → X ⁡ 2 ⁢ Y ⁡ 1 − X ⁡ 1 ⁢ Y ⁡ 2 ∈ ℝ
34 11 33 eqeltrid ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → C ∈ ℝ
35 34 3adant3 ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → C ∈ ℝ
36 35 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → C ∈ ℝ
37 22 30 36 3jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ
38 21 29 35 3jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ
39 rpre ⊢ R ∈ ℝ + → R ∈ ℝ
40 39 adantr ⊢ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → R ∈ ℝ
41 6 7 itsclc0lem3 ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ ∧ R ∈ ℝ → D ∈ ℝ
42 38 40 41 syl2an ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → D ∈ ℝ
43 simprr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → 0 ≤ D
44 42 43 jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → D ∈ ℝ ∧ 0 ≤ D
45 20 28 jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ
46 6 resum2sqcl ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ → Q ∈ ℝ
47 45 46 syl ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P → Q ∈ ℝ
48 47 3adant3 ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → Q ∈ ℝ
49 1 3 10 9 rrx2pnedifcoorneorr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → B ≠ 0 ∨ A ≠ 0
50 49 orcomd ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → A ≠ 0 ∨ B ≠ 0
51 6 resum2sqorgt0 ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ A ≠ 0 ∨ B ≠ 0 → 0 < Q
52 21 29 50 51 syl3anc ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → 0 < Q
53 52 gt0ne0d ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → Q ≠ 0
54 48 53 jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y → Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0
55 54 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0
56 itsclc0lem1 ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ ∧ 0 ≤ D ∧ Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0 → A ⁢ C + B ⁢ D Q ∈ ℝ
57 37 44 55 56 syl3anc ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → A ⁢ C + B ⁢ D Q ∈ ℝ
58 30 22 36 3jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → B ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ
59 48 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → Q ∈ ℝ
60 53 adantr ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → Q ≠ 0
61 59 60 jca ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0
62 itsclc0lem2 ⊢ B ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ ∧ 0 ≤ D ∧ Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0 → B ⁢ C − A ⁢ D Q ∈ ℝ
63 58 44 61 62 syl3anc ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → B ⁢ C − A ⁢ D Q ∈ ℝ
64 itsclc0lem2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ ∧ 0 ≤ D ∧ Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0 → A ⁢ C − B ⁢ D Q ∈ ℝ
65 37 44 61 64 syl3anc ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → A ⁢ C − B ⁢ D Q ∈ ℝ
66 itsclc0lem1 ⊢ B ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ C ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ ∧ 0 ≤ D ∧ Q ∈ ℝ ∧ Q ≠ 0 → B ⁢ C + A ⁢ D Q ∈ ℝ
67 58 44 61 66 syl3anc ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → B ⁢ C + A ⁢ D Q ∈ ℝ
68 1 3 prelrrx2b ⊢ A ⁢ C + B ⁢ D Q ∈ ℝ ∧ B ⁢ C − A ⁢ D Q ∈ ℝ ∧ A ⁢ C − B ⁢ D Q ∈ ℝ ∧ B ⁢ C + A ⁢ D Q ∈ ℝ → z ∈ P ∧ z ⁡ 1 = A ⁢ C + B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C − A ⁢ D Q ∨ z ⁡ 1 = A ⁢ C − B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C + A ⁢ D Q ↔ z ∈ 1 A ⁢ C + B ⁢ D Q 2 B ⁢ C − A ⁢ D Q 1 A ⁢ C − B ⁢ D Q 2 B ⁢ C + A ⁢ D Q
69 57 63 65 67 68 syl22anc ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → z ∈ P ∧ z ⁡ 1 = A ⁢ C + B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C − A ⁢ D Q ∨ z ⁡ 1 = A ⁢ C − B ⁢ D Q ∧ z ⁡ 2 = B ⁢ C + A ⁢ D Q ↔ z ∈ 1 A ⁢ C + B ⁢ D Q 2 B ⁢ C − A ⁢ D Q 1 A ⁢ C − B ⁢ D Q 2 B ⁢ C + A ⁢ D Q
70 14 69 bitrd ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → z ∈ 0 ˙ S R ∩ X L Y ↔ z ∈ 1 A ⁢ C + B ⁢ D Q 2 B ⁢ C − A ⁢ D Q 1 A ⁢ C − B ⁢ D Q 2 B ⁢ C + A ⁢ D Q
71 70 eqrdv ⊢ X ∈ P ∧ Y ∈ P ∧ X ≠ Y ∧ R ∈ ℝ + ∧ 0 ≤ D → 0 ˙ S R ∩ X L Y = 1 A ⁢ C + B ⁢ D Q 2 B ⁢ C − A ⁢ D Q 1 A ⁢ C − B ⁢ D Q 2 B ⁢ C + A ⁢ D Q