Metamath Proof Explorer


Theorem sigarcol

Description: Given three points A , B and C such that -. A = B , the point C lies on the line going through A and B iff the corresponding signed area is zero. That justifies the usage of signed area as a collinearity indicator. (Contributed by Saveliy Skresanov, 22-Sep-2017)

Ref Expression
Hypotheses sigarcol.sigar ⊢ G = x ∈ ℂ , y ∈ ℂ ⟼ ℑ ⁡ x ‾ ⁢ y
sigarcol.a ⊢ φ → A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℂ
sigarcol.b ⊢ φ → ¬ A = B
Assertion sigarcol ⊢ φ → A − C G B − C = 0 ↔ ∃ t ∈ ℝ C = B + t ⁢ A − B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sigarcol.sigar ⊢ G = x ∈ ℂ , y ∈ ℂ ⟼ ℑ ⁡ x ‾ ⁢ y
2 sigarcol.a ⊢ φ → A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℂ
3 sigarcol.b ⊢ φ → ¬ A = B
4 2 simp2d ⊢ φ → B ∈ ℂ
5 2 simp3d ⊢ φ → C ∈ ℂ
6 2 simp1d ⊢ φ → A ∈ ℂ
7 4 5 6 3jca ⊢ φ → B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ
8 7 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ
9 3 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → ¬ A = B
10 1 sigarperm ⊢ A ∈ ℂ ∧ B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℂ → A − C G B − C = B − A G C − A
11 2 10 syl ⊢ φ → A − C G B − C = B − A G C − A
12 1 sigarperm ⊢ B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ → B − A G C − A = C − B G A − B
13 7 12 syl ⊢ φ → B − A G C − A = C − B G A − B
14 11 13 eqtrd ⊢ φ → A − C G B − C = C − B G A − B
15 14 eqeq1d ⊢ φ → A − C G B − C = 0 ↔ C − B G A − B = 0
16 15 biimpa ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → C − B G A − B = 0
17 1 8 9 16 sigardiv ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → C − B A − B ∈ ℝ
18 5 4 subcld ⊢ φ → C − B ∈ ℂ
19 18 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → C − B ∈ ℂ
20 6 4 subcld ⊢ φ → A − B ∈ ℂ
21 20 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → A − B ∈ ℂ
22 6 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → A ∈ ℂ
23 4 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → B ∈ ℂ
24 9 neqned ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → A ≠ B
25 22 23 24 subne0d ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → A − B ≠ 0
26 19 21 25 divcan1d ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → C − B A − B ⁢ A − B = C − B
27 26 oveq2d ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → B + C − B A − B ⁢ A − B = B + C - B
28 5 adantr ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → C ∈ ℂ
29 23 28 pncan3d ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → B + C - B = C
30 27 29 eqtr2d ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → C = B + C − B A − B ⁢ A − B
31 oveq1 ⊢ t = C − B A − B → t ⁢ A − B = C − B A − B ⁢ A − B
32 31 oveq2d ⊢ t = C − B A − B → B + t ⁢ A − B = B + C − B A − B ⁢ A − B
33 32 rspceeqv ⊢ C − B A − B ∈ ℝ ∧ C = B + C − B A − B ⁢ A − B → ∃ t ∈ ℝ C = B + t ⁢ A − B
34 17 30 33 syl2anc ⊢ φ ∧ A − C G B − C = 0 → ∃ t ∈ ℝ C = B + t ⁢ A − B
35 34 ex ⊢ φ → A − C G B − C = 0 → ∃ t ∈ ℝ C = B + t ⁢ A − B
36 14 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − C G B − C = C − B G A − B
37 4 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → B ∈ ℂ
38 simp2 ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → t ∈ ℝ
39 38 recnd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → t ∈ ℂ
40 6 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A ∈ ℂ
41 40 37 subcld ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B ∈ ℂ
42 39 41 mulcld ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → t ⁢ A − B ∈ ℂ
43 simp3 ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → C = B + t ⁢ A − B
44 37 42 43 mvrladdd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → C − B = t ⁢ A − B
45 44 oveq1d ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → C − B G A − B = t ⁢ A − B G A − B
46 39 41 mulcomd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → t ⁢ A − B = A − B ⁢ t
47 46 oveq1d ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → t ⁢ A − B G A − B = A − B ⁢ t G A − B
48 45 47 eqtrd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → C − B G A − B = A − B ⁢ t G A − B
49 41 39 mulcld ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B ⁢ t ∈ ℂ
50 1 sigarac ⊢ A − B ⁢ t ∈ ℂ ∧ A − B ∈ ℂ → A − B ⁢ t G A − B = − A − B G A − B ⁢ t
51 49 41 50 syl2anc ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B ⁢ t G A − B = − A − B G A − B ⁢ t
52 1 sigarls ⊢ A − B ∈ ℂ ∧ A − B ∈ ℂ ∧ t ∈ ℝ → A − B G A − B ⁢ t = A − B G A − B ⁢ t
53 41 41 38 52 syl3anc ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B G A − B ⁢ t = A − B G A − B ⁢ t
54 1 sigarid ⊢ A − B ∈ ℂ → A − B G A − B = 0
55 41 54 syl ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B G A − B = 0
56 55 oveq1d ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B G A − B ⁢ t = 0 ⋅ t
57 39 mul02d ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → 0 ⋅ t = 0
58 53 56 57 3eqtrd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B G A − B ⁢ t = 0
59 58 negeqd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → − A − B G A − B ⁢ t = − 0
60 neg0 ⊢ − 0 = 0
61 60 a1i ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → − 0 = 0
62 51 59 61 3eqtrd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − B ⁢ t G A − B = 0
63 36 48 62 3eqtrd ⊢ φ ∧ t ∈ ℝ ∧ C = B + t ⁢ A − B → A − C G B − C = 0
64 63 rexlimdv3a ⊢ φ → ∃ t ∈ ℝ C = B + t ⁢ A − B → A − C G B − C = 0
65 35 64 impbid ⊢ φ → A − C G B − C = 0 ↔ ∃ t ∈ ℝ C = B + t ⁢ A − B