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Theorem cru

Description: The representation of complex numbers in terms of real and imaginary parts is unique. Proposition 10-1.3 of Gleason p. 130. (Contributed by NM, 9-May-1999) (Proof shortened by Mario Carneiro, 27-May-2016)

Ref Expression
Assertion cru ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) → ( ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ↔ ( 𝐴 = 𝐶𝐵 = 𝐷 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simplrl ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐶 ∈ ℝ )
2 1 recnd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐶 ∈ ℂ )
3 simplll ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐴 ∈ ℝ )
4 3 recnd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐴 ∈ ℂ )
5 simpr ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) )
6 ax-icn i ∈ ℂ
7 6 a1i ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → i ∈ ℂ )
8 simpllr ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐵 ∈ ℝ )
9 8 recnd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐵 ∈ ℂ )
10 7 9 mulcld ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( i · 𝐵 ) ∈ ℂ )
11 simplrr ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐷 ∈ ℝ )
12 11 recnd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐷 ∈ ℂ )
13 7 12 mulcld ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( i · 𝐷 ) ∈ ℂ )
14 4 10 2 13 addsubeq4d ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ↔ ( 𝐶𝐴 ) = ( ( i · 𝐵 ) − ( i · 𝐷 ) ) ) )
15 5 14 mpbid ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐶𝐴 ) = ( ( i · 𝐵 ) − ( i · 𝐷 ) ) )
16 8 11 resubcld ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐵𝐷 ) ∈ ℝ )
17 7 9 12 subdid ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( i · ( 𝐵𝐷 ) ) = ( ( i · 𝐵 ) − ( i · 𝐷 ) ) )
18 17 15 eqtr4d ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( i · ( 𝐵𝐷 ) ) = ( 𝐶𝐴 ) )
19 1 3 resubcld ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐶𝐴 ) ∈ ℝ )
20 18 19 eqeltrd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( i · ( 𝐵𝐷 ) ) ∈ ℝ )
21 rimul ( ( ( 𝐵𝐷 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐵𝐷 ) ) ∈ ℝ ) → ( 𝐵𝐷 ) = 0 )
22 16 20 21 syl2anc ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐵𝐷 ) = 0 )
23 9 12 22 subeq0d ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐵 = 𝐷 )
24 23 oveq2d ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( i · 𝐵 ) = ( i · 𝐷 ) )
25 24 oveq1d ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( ( i · 𝐵 ) − ( i · 𝐷 ) ) = ( ( i · 𝐷 ) − ( i · 𝐷 ) ) )
26 13 subidd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( ( i · 𝐷 ) − ( i · 𝐷 ) ) = 0 )
27 15 25 26 3eqtrd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐶𝐴 ) = 0 )
28 2 4 27 subeq0d ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐶 = 𝐴 )
29 28 eqcomd ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → 𝐴 = 𝐶 )
30 29 23 jca ( ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) ∧ ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ) → ( 𝐴 = 𝐶𝐵 = 𝐷 ) )
31 30 ex ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) → ( ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) → ( 𝐴 = 𝐶𝐵 = 𝐷 ) ) )
32 oveq2 ( 𝐵 = 𝐷 → ( i · 𝐵 ) = ( i · 𝐷 ) )
33 oveq12 ( ( 𝐴 = 𝐶 ∧ ( i · 𝐵 ) = ( i · 𝐷 ) ) → ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) )
34 32 33 sylan2 ( ( 𝐴 = 𝐶𝐵 = 𝐷 ) → ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) )
35 31 34 impbid1 ( ( ( 𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ) ) → ( ( 𝐴 + ( i · 𝐵 ) ) = ( 𝐶 + ( i · 𝐷 ) ) ↔ ( 𝐴 = 𝐶𝐵 = 𝐷 ) ) )