Metamath Proof Explorer


Theorem lawcoslem1

Description: Lemma for lawcos . Here we prove the law for a point at the origin and two distinct points U and V, using an expanded version of the signed angle expression on the complex plane. (Contributed by David A. Wheeler, 11-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses lawcoslem1.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ โ„‚ )
lawcoslem1.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โˆˆ โ„‚ )
lawcoslem1.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โ‰  0 )
lawcoslem1.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โ‰  0 )
Assertion lawcoslem1 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lawcoslem1.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ โ„‚ )
2 lawcoslem1.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โˆˆ โ„‚ )
3 lawcoslem1.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โ‰  0 )
4 lawcoslem1.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โ‰  0 )
5 sqabssub โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘‰ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) ) )
6 1 2 5 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) ) )
7 1 2 4 absdivd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) )
8 7 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) )
9 8 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) )
10 1 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โˆˆ โ„ )
11 2 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โˆˆ โ„ )
12 10 11 remulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) โˆˆ โ„ )
13 12 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) โˆˆ โ„‚ )
14 1 2 4 divcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) โˆˆ โ„‚ )
15 14 recld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) โˆˆ โ„ )
16 15 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) โˆˆ โ„‚ )
17 10 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โˆˆ โ„‚ )
18 11 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โˆˆ โ„‚ )
19 2 4 absne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ‰  0 )
20 17 18 19 divcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) โˆˆ โ„‚ )
21 1 3 absne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ‰  0 )
22 17 18 21 19 divne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) โ‰  0 )
23 13 16 20 22 div12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) )
24 9 23 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) )
25 13 17 18 21 19 divdiv2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
26 18 sqvald โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) )
27 26 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
28 17 18 18 mul31d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
29 27 28 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) )
30 29 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
31 18 sqcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
32 31 17 21 divcan4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) / ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) )
33 25 30 32 3eqtr2rd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) )
34 33 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) / ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) )
35 16 31 mulcomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) )
36 11 resqcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„ )
37 36 14 remul2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) )
38 35 37 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) = ( โ„œ โ€˜ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) )
39 1 31 2 4 div12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ˆ ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) / ๐‘‰ ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) )
40 31 2 4 divrecd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) / ๐‘‰ ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( 1 / ๐‘‰ ) ) )
41 recval โŠข ( ( ๐‘‰ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘‰ โ‰  0 ) โ†’ ( 1 / ๐‘‰ ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) )
42 2 4 41 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ๐‘‰ ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) )
43 42 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( 1 / ๐‘‰ ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
44 2 cjcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) โˆˆ โ„‚ )
45 sqne0 โŠข ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) โ‰  0 โ†” ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ‰  0 ) )
46 18 45 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) โ‰  0 โ†” ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ‰  0 ) )
47 19 46 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) โ‰  0 )
48 44 31 47 divcan2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) / ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) )
49 43 48 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( 1 / ๐‘‰ ) ) = ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) )
50 40 49 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) / ๐‘‰ ) = ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) )
51 50 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ˆ ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) / ๐‘‰ ) ) = ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) )
52 39 51 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) = ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) )
53 52 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ยท ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) = ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) )
54 38 53 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ยท ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) = ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) )
55 24 34 54 3eqtr2rd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) )
56 55 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) ) )
57 56 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘‰ ) ) ) ) ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) ) ) )
58 6 57 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ˆ ) ยท ( abs โ€˜ ๐‘‰ ) ) ยท ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) / ( abs โ€˜ ( ๐‘ˆ / ๐‘‰ ) ) ) ) ) ) )