Metamath Proof Explorer


Theorem remim

Description: Value of the conjugate of a complex number. The value is the real part minus _i times the imaginary part. Definition 10-3.2 of Gleason p. 132. (Contributed by NM, 10-May-1999) (Revised by Mario Carneiro, 7-Nov-2013)

Ref Expression
Assertion remim ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cjval โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) = ( โ„ฉ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) ) )
2 replim โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐ด = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
3 2 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
4 recl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
5 4 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
6 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
7 imcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
8 7 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
9 mulcl โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
10 6 8 9 sylancr โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
11 5 10 5 ppncand โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) ) )
12 3 11 eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) ) )
13 4 4 readdcld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„ )
14 12 13 eqeltrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
15 5 10 10 pnncand โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
16 2 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
17 6 a1i โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ i โˆˆ โ„‚ )
18 17 8 8 adddid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( i ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
19 15 16 18 3eqtr4d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( i ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
20 19 oveq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) = ( i ยท ( i ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
21 7 7 readdcld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„ )
22 21 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
23 mulass โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง i โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( i ยท i ) ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( i ยท ( i ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
24 6 6 22 23 mp3an12i โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( i ยท i ) ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( i ยท ( i ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
25 20 24 eqtr4d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) = ( ( i ยท i ) ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
26 ixi โŠข ( i ยท i ) = - 1
27 neg1rr โŠข - 1 โˆˆ โ„
28 26 27 eqeltri โŠข ( i ยท i ) โˆˆ โ„
29 remulcl โŠข ( ( ( i ยท i ) โˆˆ โ„ โˆง ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ( i ยท i ) ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ )
30 28 21 29 sylancr โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( i ยท i ) ยท ( ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) + ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ )
31 25 30 eqeltrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
32 5 10 subcld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
33 cju โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ โˆƒ! ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) )
34 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐ด + ๐‘ฅ ) = ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
35 34 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โ†” ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) โˆˆ โ„ ) )
36 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
37 36 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) = ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) )
38 37 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ โ†” ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) โˆˆ โ„ ) )
39 35 38 anbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) โ†” ( ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) โˆˆ โ„ ) ) )
40 39 riota2 โŠข ( ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ โˆง โˆƒ! ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) โˆˆ โ„ ) โ†” ( โ„ฉ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
41 32 33 40 syl2anc โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ( ๐ด + ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) โˆˆ โ„ ) โ†” ( โ„ฉ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
42 14 31 41 mpbi2and โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„ฉ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ( ๐ด + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง ( i ยท ( ๐ด โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ ) ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
43 1 42 eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐ด ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ๐ด ) ) ) )