Metamath Proof Explorer


Theorem quad3d

Description: Variant of quadratic equation with discriminant expanded. (Contributed by Filip Cernatescu, 19-Oct-2019) Deduction version. (Revised by Thierry Arnoux, 6-Jul-2025)

Ref Expression
Hypotheses quad3d.1 ⊢ φ → X ∈ ℂ
quad3d.2 ⊢ φ → A ∈ ℂ
quad3d.3 ⊢ φ → A ≠ 0
quad3d.4 ⊢ φ → B ∈ ℂ
quad3d.5 ⊢ φ → C ∈ ℂ
quad3d.6 ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C = 0
Assertion quad3d ⊢ φ → X = - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ∨ X = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 quad3d.1 ⊢ φ → X ∈ ℂ
2 quad3d.2 ⊢ φ → A ∈ ℂ
3 quad3d.3 ⊢ φ → A ≠ 0
4 quad3d.4 ⊢ φ → B ∈ ℂ
5 quad3d.5 ⊢ φ → C ∈ ℂ
6 quad3d.6 ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C = 0
7 2cnd ⊢ φ → 2 ∈ ℂ
8 7 2 mulcld ⊢ φ → 2 ⁢ A ∈ ℂ
9 2ne0 ⊢ 2 ≠ 0
10 9 a1i ⊢ φ → 2 ≠ 0
11 7 2 10 3 mulne0d ⊢ φ → 2 ⁢ A ≠ 0
12 4 8 11 divcld ⊢ φ → B 2 ⁢ A ∈ ℂ
13 1 12 addcld ⊢ φ → X + B 2 ⁢ A ∈ ℂ
14 8 13 sqmuld ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A 2 = 2 ⁢ A 2 ⁢ X + B 2 ⁢ A 2
15 1 12 binom2d ⊢ φ → X + B 2 ⁢ A 2 = X 2 + 2 ⁢ X ⁢ B 2 ⁢ A + B 2 ⁢ A 2
16 1 sqcld ⊢ φ → X 2 ∈ ℂ
17 2 16 mulcld ⊢ φ → A ⁢ X 2 ∈ ℂ
18 4 1 mulcld ⊢ φ → B ⁢ X ∈ ℂ
19 17 18 2 3 divdird ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X A = A ⁢ X 2 A + B ⁢ X A
20 16 2 3 divcan3d ⊢ φ → A ⁢ X 2 A = X 2
21 4 1 2 3 div23d ⊢ φ → B ⁢ X A = B A ⁢ X
22 20 21 oveq12d ⊢ φ → A ⁢ X 2 A + B ⁢ X A = X 2 + B A ⁢ X
23 19 22 eqtr2d ⊢ φ → X 2 + B A ⁢ X = A ⁢ X 2 + B ⁢ X A
24 4 2 3 divcld ⊢ φ → B A ∈ ℂ
25 24 1 mulcomd ⊢ φ → B A ⁢ X = X ⁢ B A
26 1 24 mulcld ⊢ φ → X ⁢ B A ∈ ℂ
27 26 7 10 divcan2d ⊢ φ → 2 ⁢ X ⁢ B A 2 = X ⁢ B A
28 1 24 7 10 divassd ⊢ φ → X ⁢ B A 2 = X ⁢ B A 2
29 4 2 7 3 10 divdiv1d ⊢ φ → B A 2 = B A ⋅ 2
30 2 7 mulcomd ⊢ φ → A ⋅ 2 = 2 ⁢ A
31 30 oveq2d ⊢ φ → B A ⋅ 2 = B 2 ⁢ A
32 29 31 eqtrd ⊢ φ → B A 2 = B 2 ⁢ A
33 32 oveq2d ⊢ φ → X ⁢ B A 2 = X ⁢ B 2 ⁢ A
34 28 33 eqtrd ⊢ φ → X ⁢ B A 2 = X ⁢ B 2 ⁢ A
35 34 oveq2d ⊢ φ → 2 ⁢ X ⁢ B A 2 = 2 ⁢ X ⁢ B 2 ⁢ A
36 25 27 35 3eqtr2d ⊢ φ → B A ⁢ X = 2 ⁢ X ⁢ B 2 ⁢ A
37 36 oveq2d ⊢ φ → X 2 + B A ⁢ X = X 2 + 2 ⁢ X ⁢ B 2 ⁢ A
38 17 18 addcld ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X ∈ ℂ
39 17 18 5 addassd ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C = A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C
40 38 5 39 mvlraddd ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X = A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C - C
41 6 oveq1d ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C - C = 0 − C
42 df-neg ⊢ − C = 0 − C
43 41 42 eqtr4di ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X + C - C = − C
44 40 43 eqtrd ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X = − C
45 44 oveq1d ⊢ φ → A ⁢ X 2 + B ⁢ X A = − C A
46 23 37 45 3eqtr3d ⊢ φ → X 2 + 2 ⁢ X ⁢ B 2 ⁢ A = − C A
47 46 oveq1d ⊢ φ → X 2 + 2 ⁢ X ⁢ B 2 ⁢ A + B 2 ⁢ A 2 = − C A + B 2 ⁢ A 2
48 15 47 eqtrd ⊢ φ → X + B 2 ⁢ A 2 = − C A + B 2 ⁢ A 2
49 5 negcld ⊢ φ → − C ∈ ℂ
50 49 2 3 divcld ⊢ φ → − C A ∈ ℂ
51 12 sqcld ⊢ φ → B 2 ⁢ A 2 ∈ ℂ
52 50 51 addcomd ⊢ φ → − C A + B 2 ⁢ A 2 = B 2 ⁢ A 2 + − C A
53 4 8 11 sqdivd ⊢ φ → B 2 ⁢ A 2 = B 2 2 ⁢ A 2
54 4cn ⊢ 4 ∈ ℂ
55 54 a1i ⊢ φ → 4 ∈ ℂ
56 55 2 mulcld ⊢ φ → 4 ⁢ A ∈ ℂ
57 4ne0 ⊢ 4 ≠ 0
58 57 a1i ⊢ φ → 4 ≠ 0
59 55 2 58 3 mulne0d ⊢ φ → 4 ⁢ A ≠ 0
60 56 56 49 2 59 3 divmuldivd ⊢ φ → 4 ⁢ A 4 ⁢ A ⁢ − C A = 4 ⁢ A ⁢ − C 4 ⁢ A ⁢ A
61 56 59 dividd ⊢ φ → 4 ⁢ A 4 ⁢ A = 1
62 61 eqcomd ⊢ φ → 1 = 4 ⁢ A 4 ⁢ A
63 62 oveq1d ⊢ φ → 1 ⁢ − C A = 4 ⁢ A 4 ⁢ A ⁢ − C A
64 50 mullidd ⊢ φ → 1 ⁢ − C A = − C A
65 63 64 eqtr3d ⊢ φ → 4 ⁢ A 4 ⁢ A ⁢ − C A = − C A
66 5 mulm1d ⊢ φ → -1 ⁢ C = − C
67 66 eqcomd ⊢ φ → − C = -1 ⁢ C
68 67 oveq2d ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ − C = 4 ⁢ A ⁢ -1 ⁢ C
69 neg1cn ⊢ − 1 ∈ ℂ
70 69 a1i ⊢ φ → − 1 ∈ ℂ
71 56 70 5 mulassd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ -1 ⁢ C = 4 ⁢ A ⁢ -1 ⁢ C
72 68 71 eqtr4d ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ − C = 4 ⁢ A ⁢ -1 ⁢ C
73 56 70 mulcomd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ -1 = -1 ⁢ 4 ⁢ A
74 73 oveq1d ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ -1 ⁢ C = -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C
75 70 56 5 mulassd ⊢ φ → -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C = -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C
76 72 74 75 3eqtrd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ − C = -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C
77 55 2 5 mulassd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ C = 4 ⁢ A ⁢ C
78 77 oveq2d ⊢ φ → -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C = -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C
79 2 5 mulcld ⊢ φ → A ⁢ C ∈ ℂ
80 55 79 mulcld ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ C ∈ ℂ
81 80 mulm1d ⊢ φ → -1 ⁢ 4 ⁢ A ⁢ C = − 4 ⁢ A ⁢ C
82 76 78 81 3eqtrd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ − C = − 4 ⁢ A ⁢ C
83 2t2e4 ⊢ 2 ⋅ 2 = 4
84 83 a1i ⊢ φ → 2 ⋅ 2 = 4
85 84 eqcomd ⊢ φ → 4 = 2 ⋅ 2
86 85 oveq1d ⊢ φ → 4 ⁢ A = 2 ⋅ 2 ⁢ A
87 86 oveq1d ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ A = 2 ⋅ 2 ⁢ A ⁢ A
88 7 7 2 mulassd ⊢ φ → 2 ⋅ 2 ⁢ A = 2 ⁢ 2 ⁢ A
89 88 oveq1d ⊢ φ → 2 ⋅ 2 ⁢ A ⁢ A = 2 ⁢ 2 ⁢ A ⁢ A
90 87 89 eqtrd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ A = 2 ⁢ 2 ⁢ A ⁢ A
91 7 8 mulcomd ⊢ φ → 2 ⁢ 2 ⁢ A = 2 ⁢ A ⋅ 2
92 91 oveq1d ⊢ φ → 2 ⁢ 2 ⁢ A ⁢ A = 2 ⁢ A ⋅ 2 ⁢ A
93 8 7 2 mulassd ⊢ φ → 2 ⁢ A ⋅ 2 ⁢ A = 2 ⁢ A ⁢ 2 ⁢ A
94 90 92 93 3eqtrd ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ A = 2 ⁢ A ⁢ 2 ⁢ A
95 8 sqvald ⊢ φ → 2 ⁢ A 2 = 2 ⁢ A ⁢ 2 ⁢ A
96 94 95 eqtr4d ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ A = 2 ⁢ A 2
97 82 96 oveq12d ⊢ φ → 4 ⁢ A ⁢ − C 4 ⁢ A ⁢ A = − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
98 60 65 97 3eqtr3d ⊢ φ → − C A = − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
99 53 98 oveq12d ⊢ φ → B 2 ⁢ A 2 + − C A = B 2 2 ⁢ A 2 + − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
100 4 sqcld ⊢ φ → B 2 ∈ ℂ
101 80 negcld ⊢ φ → − 4 ⁢ A ⁢ C ∈ ℂ
102 8 sqcld ⊢ φ → 2 ⁢ A 2 ∈ ℂ
103 8 8 11 11 mulne0d ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ 2 ⁢ A ≠ 0
104 95 103 eqnetrd ⊢ φ → 2 ⁢ A 2 ≠ 0
105 100 101 102 104 divdird ⊢ φ → B 2 + − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2 = B 2 2 ⁢ A 2 + − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
106 100 80 negsubd ⊢ φ → B 2 + − 4 ⁢ A ⁢ C = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
107 106 oveq1d ⊢ φ → B 2 + − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2 = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
108 99 105 107 3eqtr2d ⊢ φ → B 2 ⁢ A 2 + − C A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
109 48 52 108 3eqtrd ⊢ φ → X + B 2 ⁢ A 2 = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
110 109 oveq2d ⊢ φ → 2 ⁢ A 2 ⁢ X + B 2 ⁢ A 2 = 2 ⁢ A 2 ⁢ B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2
111 100 80 subcld ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∈ ℂ
112 111 102 104 divcan2d ⊢ φ → 2 ⁢ A 2 ⁢ B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A 2 = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
113 14 110 112 3eqtrd ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A 2 = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
114 8 13 mulcld ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A ∈ ℂ
115 eqsqrtor ⊢ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A ∈ ℂ ∧ B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∈ ℂ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A 2 = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∨ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
116 114 111 115 syl2anc ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A 2 = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∨ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
117 113 116 mpbid ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∨ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
118 111 sqrtcld ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∈ ℂ
119 8 13 118 11 rdiv ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
120 118 8 11 divcld ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ∈ ℂ
121 1 12 120 addlsub ⊢ φ → X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ↔ X = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A
122 4 8 11 divnegd ⊢ φ → − B 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A
123 122 oveq2d ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A
124 120 12 negsubd ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A
125 4 negcld ⊢ φ → − B ∈ ℂ
126 125 8 11 divcld ⊢ φ → − B 2 ⁢ A ∈ ℂ
127 120 126 addcomd ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
128 123 124 127 3eqtr3d ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
129 125 118 8 11 divdird ⊢ φ → - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
130 128 129 eqtr4d ⊢ φ → B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A = - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
131 130 eqeq2d ⊢ φ → X = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A ↔ X = - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
132 119 121 131 3bitrd ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ X = - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
133 118 negcld ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∈ ℂ
134 8 13 133 11 rdiv ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
135 133 8 11 divcld ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ∈ ℂ
136 1 12 135 addlsub ⊢ φ → X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ↔ X = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A
137 122 oveq2d ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A
138 135 12 negsubd ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A
139 135 126 addcomd ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A + − B 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A + − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
140 137 138 139 3eqtr3d ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A + − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
141 125 133 8 11 divdird ⊢ φ → - B + − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A = − B 2 ⁢ A + − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
142 125 118 negsubd ⊢ φ → - B + − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C
143 142 oveq1d ⊢ φ → - B + − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
144 140 141 143 3eqtr2d ⊢ φ → − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
145 144 eqeq2d ⊢ φ → X = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A − B 2 ⁢ A ↔ X = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
146 134 136 145 3bitrd ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ X = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
147 132 146 orbi12d ⊢ φ → 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ∨ 2 ⁢ A ⁢ X + B 2 ⁢ A = − B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C ↔ X = - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ∨ X = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A
148 117 147 mpbid ⊢ φ → X = - B + B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A ∨ X = - B - B 2 − 4 ⁢ A ⁢ C 2 ⁢ A