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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 ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ∗ ‘ 𝐴 ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cjval ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ∗ ‘ 𝐴 ) = ( 𝑥 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) ) )
2 replim ( 𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )
3 2 oveq1d ( 𝐴 ∈ ℂ → ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) = ( ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
4 recl ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ℜ ‘ 𝐴 ) ∈ ℝ )
5 4 recnd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ℜ ‘ 𝐴 ) ∈ ℂ )
6 ax-icn i ∈ ℂ
7 imcl ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ℑ ‘ 𝐴 ) ∈ ℝ )
8 7 recnd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ℑ ‘ 𝐴 ) ∈ ℂ )
9 mulcl ( ( i ∈ ℂ ∧ ( ℑ ‘ 𝐴 ) ∈ ℂ ) → ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℂ )
10 6 8 9 sylancr ( 𝐴 ∈ ℂ → ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℂ )
11 5 10 5 ppncand ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( ℜ ‘ 𝐴 ) ) )
12 3 11 eqtrd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( ℜ ‘ 𝐴 ) ) )
13 4 4 readdcld ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( ℜ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℝ )
14 12 13 eqeltrd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ∈ ℝ )
15 5 10 10 pnncand ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) = ( ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )
16 2 oveq1d ( 𝐴 ∈ ℂ → ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) = ( ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
17 6 a1i ( 𝐴 ∈ ℂ → i ∈ ℂ )
18 17 8 8 adddid ( 𝐴 ∈ ℂ → ( i · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) = ( ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) + ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )
19 15 16 18 3eqtr4d ( 𝐴 ∈ ℂ → ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) = ( i · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )
20 19 oveq2d ( 𝐴 ∈ ℂ → ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) = ( i · ( i · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
21 7 7 readdcld ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℝ )
22 21 recnd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℂ )
23 mulass ( ( i ∈ ℂ ∧ i ∈ ℂ ∧ ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℂ ) → ( ( i · i ) · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) = ( i · ( i · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
24 6 6 22 23 mp3an12i ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( i · i ) · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) = ( i · ( i · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
25 20 24 eqtr4d ( 𝐴 ∈ ℂ → ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) = ( ( i · i ) · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )
26 ixi ( i · i ) = - 1
27 neg1rr - 1 ∈ ℝ
28 26 27 eqeltri ( i · i ) ∈ ℝ
29 remulcl ( ( ( i · i ) ∈ ℝ ∧ ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ∈ ℝ ) → ( ( i · i ) · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ∈ ℝ )
30 28 21 29 sylancr ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( i · i ) · ( ( ℑ ‘ 𝐴 ) + ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ∈ ℝ )
31 25 30 eqeltrd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) ∈ ℝ )
32 5 10 subcld ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ∈ ℂ )
33 cju ( 𝐴 ∈ ℂ → ∃! 𝑥 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) )
34 oveq2 ( 𝑥 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) → ( 𝐴 + 𝑥 ) = ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
35 34 eleq1d ( 𝑥 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) → ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ↔ ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ∈ ℝ ) )
36 oveq2 ( 𝑥 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) → ( 𝐴𝑥 ) = ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
37 36 oveq2d ( 𝑥 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) → ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) = ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) )
38 37 eleq1d ( 𝑥 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) → ( ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ↔ ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) ∈ ℝ ) )
39 35 38 anbi12d ( 𝑥 = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) → ( ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) ↔ ( ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) ∈ ℝ ) ) )
40 39 riota2 ( ( ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ∈ ℂ ∧ ∃! 𝑥 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) ) → ( ( ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) ∈ ℝ ) ↔ ( 𝑥 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
41 32 33 40 syl2anc ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ( ( 𝐴 + ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴 − ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) ) ∈ ℝ ) ↔ ( 𝑥 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
42 14 31 41 mpbi2and ( 𝐴 ∈ ℂ → ( 𝑥 ∈ ℂ ( ( 𝐴 + 𝑥 ) ∈ ℝ ∧ ( i · ( 𝐴𝑥 ) ) ∈ ℝ ) ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )
43 1 42 eqtrd ( 𝐴 ∈ ℂ → ( ∗ ‘ 𝐴 ) = ( ( ℜ ‘ 𝐴 ) − ( i · ( ℑ ‘ 𝐴 ) ) ) )