Metamath Proof Explorer


Theorem plngrot

Description: The plane defined by a line ( X L Y ) and a point Z is also defined by the line ( Z L Y ) and the point X . See first part of Theorem 9.24 of Schwabhauser p. 74. (Contributed by Thierry Arnoux, 17-Jun-2026)

Ref Expression
Hypotheses plngval.p ⊢ 𝑃 = ( Base ‘ 𝐺 )
plngval.i ⊢ 𝐼 = ( Itv ‘ 𝐺 )
plngval.1 ⊢ 𝐿 = ( LineG ‘ 𝐺 )
plngval.e ⊢ 𝐸 = ( hlG ‘ 𝐺 )
plngval.g ⊢ ( 𝜑 → 𝐺 ∈ TarskiG )
plngrot.x ⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) )
plngrot.y ⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑃 )
plngrot.z ⊢ ( 𝜑 → 𝑍 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) )
plngrot.1 ⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ≠ 𝑌 )
Assertion plngrot ( 𝜑 → ( ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑍 ) = ( ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑋 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 plngval.p ⊢ 𝑃 = ( Base ‘ 𝐺 )
2 plngval.i ⊢ 𝐼 = ( Itv ‘ 𝐺 )
3 plngval.1 ⊢ 𝐿 = ( LineG ‘ 𝐺 )
4 plngval.e ⊢ 𝐸 = ( hlG ‘ 𝐺 )
5 plngval.g ⊢ ( 𝜑 → 𝐺 ∈ TarskiG )
6 plngrot.x ⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) )
7 plngrot.y ⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑃 )
8 plngrot.z ⊢ ( 𝜑 → 𝑍 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) )
9 plngrot.1 ⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ≠ 𝑌 )
10 eqid ⊢ ( Itv ‘ 𝐺 ) = ( Itv ‘ 𝐺 )
11 eleq1w ⊢ ( 𝑎 = 𝑐 → ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ↔ 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) )
12 eleq1w ⊢ ( 𝑏 = 𝑑 → ( 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ↔ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) )
13 11 12 bi2anan9 ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) ↔ ( 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) ) )
14 eleq1w ⊢ ( 𝑡 = 𝑢 → ( 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ 𝑢 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ) )
15 14 cbvrexvw ⊢ ( ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) )
16 oveq12 ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) = ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) )
17 16 eleq2d ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( 𝑢 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) )
18 17 rexbidv ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) )
19 15 18 bitrid ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) )
20 13 19 anbi12d ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ) ↔ ( ( 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) ) )
21 20 cbvopabv ⊢ { ⟨ 𝑎 , 𝑏 ⟩ ∣ ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ) } = { ⟨ 𝑐 , 𝑑 ⟩ ∣ ( ( 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) }
22 1 10 3 4 5 6 7 8 9 21 plngrotlem3 ⊢ ( 𝜑 → ( ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑍 ) ⊆ ( ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑋 ) )
23 6 eldifad ⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑃 )
24 1 2 3 5 23 7 9 tglinerflx2 ⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) )
25 8 eldifbd ⊢ ( 𝜑 → ¬ 𝑍 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) )
26 nelne2 ⊢ ( ( 𝑌 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ∧ ¬ 𝑍 ∈ ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) ) → 𝑌 ≠ 𝑍 )
27 24 25 26 syl2anc ⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ≠ 𝑍 )
28 27 necomd ⊢ ( 𝜑 → 𝑍 ≠ 𝑌 )
29 eleq1w ⊢ ( 𝑎 = 𝑐 → ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ↔ 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) )
30 eleq1w ⊢ ( 𝑏 = 𝑑 → ( 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ↔ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) )
31 29 30 bi2anan9 ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) ↔ ( 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) ) )
32 14 cbvrexvw ⊢ ( ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) )
33 17 rexbidv ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) )
34 32 33 bitrid ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ↔ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) )
35 31 34 anbi12d ⊢ ( ( 𝑎 = 𝑐 ∧ 𝑏 = 𝑑 ) → ( ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ) ↔ ( ( 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) ) )
36 35 cbvopabv ⊢ { ⟨ 𝑎 , 𝑏 ⟩ ∣ ( ( 𝑎 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑏 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑡 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑡 ∈ ( 𝑎 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑏 ) ) } = { ⟨ 𝑐 , 𝑑 ⟩ ∣ ( ( 𝑐 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ∧ 𝑑 ∈ ( 𝑃 ∖ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) ) ) ∧ ∃ 𝑢 ∈ ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝑢 ∈ ( 𝑐 ( Itv ‘ 𝐺 ) 𝑑 ) ) }
37 1 10 3 4 5 8 7 6 28 36 plngrotlem3 ⊢ ( 𝜑 → ( ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑋 ) ⊆ ( ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑍 ) )
38 22 37 eqssd ⊢ ( 𝜑 → ( ( 𝑋 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑍 ) = ( ( 𝑍 𝐿 𝑌 ) 𝐸 𝑋 ) )