Metamath Proof Explorer


Theorem chordthmlem3

Description: If M is the midpoint of AB, AQ = BQ, and P is on the line AB, then PQ2 = QM2 + PM2. This follows from chordthmlem2 and the Pythagorean theorem ( pythag ) in the case where P and Q are unequal to M. If either P or Q equals M, the result is trivial. (Contributed by David Moews, 28-Feb-2017)

Ref Expression
Hypotheses chordthmlem3.A โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
chordthmlem3.B โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
chordthmlem3.Q โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„‚ )
chordthmlem3.X โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
chordthmlem3.M โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ = ( ( ๐ด + ๐ต ) / 2 ) )
chordthmlem3.P โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ = ( ( ๐‘‹ ยท ๐ด ) + ( ( 1 โˆ’ ๐‘‹ ) ยท ๐ต ) ) )
chordthmlem3.ABequidistQ โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐‘„ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐ต โˆ’ ๐‘„ ) ) )
Assertion chordthmlem3 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chordthmlem3.A โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
2 chordthmlem3.B โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
3 chordthmlem3.Q โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„‚ )
4 chordthmlem3.X โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
5 chordthmlem3.M โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ = ( ( ๐ด + ๐ต ) / 2 ) )
6 chordthmlem3.P โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ = ( ( ๐‘‹ ยท ๐ด ) + ( ( 1 โˆ’ ๐‘‹ ) ยท ๐ต ) ) )
7 chordthmlem3.ABequidistQ โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐‘„ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐ต โˆ’ ๐‘„ ) ) )
8 1 2 addcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด + ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
9 8 halfcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด + ๐ต ) / 2 ) โˆˆ โ„‚ )
10 5 9 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„‚ )
11 3 10 subcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) โˆˆ โ„‚ )
12 11 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„ )
13 12 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„‚ )
14 13 sqcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
15 14 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
16 15 addridd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + 0 ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) )
17 4 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
18 17 1 mulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ ยท ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
19 1cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
20 19 17 subcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โˆ’ ๐‘‹ ) โˆˆ โ„‚ )
21 20 2 mulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 1 โˆ’ ๐‘‹ ) ยท ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
22 18 21 addcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘‹ ยท ๐ด ) + ( ( 1 โˆ’ ๐‘‹ ) ยท ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
23 6 22 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„‚ )
24 23 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„‚ )
25 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ๐‘ƒ = ๐‘€ )
26 24 25 subeq0bd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) = 0 )
27 26 abs00bd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) = 0 )
28 27 sq0id โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) = 0 )
29 28 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + 0 ) )
30 3 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„‚ )
31 30 24 abssubd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘ƒ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) )
32 25 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘ƒ ) = ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) )
33 32 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘ƒ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) )
34 31 33 eqtr3d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) )
35 34 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) )
36 16 29 35 3eqtr4rd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
37 23 10 subcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) โˆˆ โ„‚ )
38 37 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„ )
39 38 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„‚ )
40 39 sqcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
41 40 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
42 41 addlidd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( 0 + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) )
43 3 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„‚ )
44 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ๐‘„ = ๐‘€ )
45 43 44 subeq0bd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) = 0 )
46 45 abs00bd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) = 0 )
47 46 sq0id โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) = 0 )
48 47 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 0 + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
49 44 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) = ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) )
50 49 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) )
51 50 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) )
52 42 48 51 3eqtr4rd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘„ = ๐‘€ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
53 23 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„‚ )
54 3 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„‚ )
55 10 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„‚ )
56 simprl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ )
57 simprr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘„ โ‰  ๐‘€ )
58 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ( ๐‘ฆ / ๐‘ฅ ) ) ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ( ๐‘ฆ / ๐‘ฅ ) ) ) )
59 1 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
60 2 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
61 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
62 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘€ = ( ( ๐ด + ๐ต ) / 2 ) )
63 6 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘ƒ = ( ( ๐‘‹ ยท ๐ด ) + ( ( 1 โˆ’ ๐‘‹ ) ยท ๐ต ) ) )
64 7 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐‘„ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐ต โˆ’ ๐‘„ ) ) )
65 58 59 60 54 61 62 63 64 56 57 chordthmlem2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ( ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ( ๐‘ฆ / ๐‘ฅ ) ) ) ) ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โˆˆ { ( ฯ€ / 2 ) , - ( ฯ€ / 2 ) } )
66 eqid โŠข ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) )
67 eqid โŠข ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) )
68 eqid โŠข ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) )
69 eqid โŠข ( ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ( ๐‘ฆ / ๐‘ฅ ) ) ) ) ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) = ( ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ( ๐‘ฆ / ๐‘ฅ ) ) ) ) ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) )
70 58 66 67 68 69 pythag โŠข ( ( ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘„ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†ฆ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ( ๐‘ฆ / ๐‘ฅ ) ) ) ) ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โˆˆ { ( ฯ€ / 2 ) , - ( ฯ€ / 2 ) } ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
71 53 54 55 56 57 65 70 syl321anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ƒ โ‰  ๐‘€ โˆง ๐‘„ โ‰  ๐‘€ ) ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
72 36 52 71 pm2.61da2ne โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘„ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘„ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ ๐‘€ ) ) โ†‘ 2 ) ) )