Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  colopp Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem colopp 25881
 Description: Opposite sides of a line for colinear points. Theorem 9.18 of [Schwabhauser] p. 73. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
hpgid.p 𝑃 = (Base‘𝐺)
hpgid.i 𝐼 = (Itv‘𝐺)
hpgid.l 𝐿 = (LineG‘𝐺)
hpgid.g (𝜑𝐺 ∈ TarskiG)
hpgid.d (𝜑𝐷 ∈ ran 𝐿)
hpgid.a (𝜑𝐴𝑃)
hpgid.o 𝑂 = {⟨𝑎, 𝑏⟩ ∣ ((𝑎 ∈ (𝑃𝐷) ∧ 𝑏 ∈ (𝑃𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝑎𝐼𝑏))}
colopp.b (𝜑𝐵𝑃)
colopp.p (𝜑𝐶𝐷)
colopp.1 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵))
Assertion
Ref Expression
colopp (𝜑 → (𝐴𝑂𝐵 ↔ (𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)))
Distinct variable groups:   𝑡,𝐴   𝑡,𝐵   𝐷,𝑎,𝑏,𝑡   𝐺,𝑎,𝑏,𝑡   𝐼,𝑎,𝑏,𝑡   𝑂,𝑎,𝑏,𝑡   𝑃,𝑎,𝑏,𝑡   𝜑,𝑡   𝑡,𝐶   𝐿,𝑎,𝑏,𝑡
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑎,𝑏)   𝐴(𝑎,𝑏)   𝐵(𝑎,𝑏)   𝐶(𝑎,𝑏)

Proof of Theorem colopp
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 hpgid.p . . . . . . . 8 𝑃 = (Base‘𝐺)
2 hpgid.i . . . . . . . 8 𝐼 = (Itv‘𝐺)
3 hpgid.l . . . . . . . 8 𝐿 = (LineG‘𝐺)
4 hpgid.g . . . . . . . . 9 (𝜑𝐺 ∈ TarskiG)
54ad3antrrr 768 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐺 ∈ TarskiG)
6 hpgid.a . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴𝑃)
76ad3antrrr 768 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴𝑃)
8 colopp.b . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵𝑃)
98ad3antrrr 768 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐵𝑃)
10 eqid 2760 . . . . . . . . . 10 (dist‘𝐺) = (dist‘𝐺)
11 hpgid.o . . . . . . . . . 10 𝑂 = {⟨𝑎, 𝑏⟩ ∣ ((𝑎 ∈ (𝑃𝐷) ∧ 𝑏 ∈ (𝑃𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝑎𝐼𝑏))}
12 hpgid.d . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐷 ∈ ran 𝐿)
1312ad3antrrr 768 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐷 ∈ ran 𝐿)
14 simpllr 817 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷))
1514simpld 477 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐴𝐷)
1614simprd 482 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐵𝐷)
17 simplr 809 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦𝐷)
18 eleq1w 2822 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑡 = 𝑦 → (𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
1918adantl 473 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑡 = 𝑦) → (𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
20 simpr 479 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
2117, 19, 20rspcedvd 3456 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
2215, 16, 21jca31 558 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
231, 10, 2, 11, 6, 8islnopp 25851 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐴𝑂𝐵 ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
2423ad3antrrr 768 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (𝐴𝑂𝐵 ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
2522, 24mpbird 247 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴𝑂𝐵)
261, 10, 2, 11, 3, 13, 5, 7, 9, 25oppne3 25855 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴𝐵)
271, 2, 3, 5, 7, 9, 26tgelrnln 25745 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (𝐴𝐿𝐵) ∈ ran 𝐿)
281, 2, 3, 5, 7, 9, 26tglinerflx1 25748 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐴 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
291, 10, 2, 11, 3, 13, 5, 7, 9, 25oppne1 25853 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐴𝐷)
30 nelne1 3028 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷) → (𝐴𝐿𝐵) ≠ 𝐷)
3128, 29, 30syl2anc 696 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (𝐴𝐿𝐵) ≠ 𝐷)
3226neneqd 2937 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ¬ 𝐴 = 𝐵)
33 colopp.1 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵) ∨ 𝐴 = 𝐵))
3433orcomd 402 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐴 = 𝐵𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
3534ord 391 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (¬ 𝐴 = 𝐵𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
3635ad3antrrr 768 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → (¬ 𝐴 = 𝐵𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵)))
3732, 36mpd 15 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
38 colopp.p . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐶𝐷)
3938ad3antrrr 768 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶𝐷)
4037, 39elind 3941 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ ((𝐴𝐿𝐵) ∩ 𝐷))
411, 3, 2, 5, 13, 17tglnpt 25664 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦𝑃)
421, 2, 3, 5, 7, 9, 41, 26, 20btwnlng1 25734 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦 ∈ (𝐴𝐿𝐵))
4342, 17elind 3941 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝑦 ∈ ((𝐴𝐿𝐵) ∩ 𝐷))
441, 2, 3, 5, 27, 13, 31, 40, 43tglineineq 25758 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 = 𝑦)
4544, 20eqeltrd 2839 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
4645adantllr 757 . . . . 5 (((((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑦𝐷) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
47 simpr 479 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
4818cbvrexv 3311 . . . . . 6 (∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ ∃𝑦𝐷 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
4947, 48sylib 208 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑦𝐷 𝑦 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5046, 49r19.29a 3216 . . . 4 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5138adantr 472 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶𝐷)
52 simpr 479 . . . . . . 7 (((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑡 = 𝐶) → 𝑡 = 𝐶)
5352eleq1d 2824 . . . . . 6 (((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ∧ 𝑡 = 𝐶) → (𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
54 simpr 479 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5551, 53, 54rspcedvd 3456 . . . . 5 ((𝜑𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5655adantlr 753 . . . 4 (((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) → ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵))
5750, 56impbida 913 . . 3 ((𝜑 ∧ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)) → (∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ↔ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
5857pm5.32da 676 . 2 (𝜑 → (((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ ∃𝑡𝐷 𝑡 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
59 3anrot 1087 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ↔ (¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
60 df-3an 1074 . . . 4 ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
6159, 60bitri 264 . . 3 ((𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵)))
6261a1i 11 . 2 (𝜑 → ((𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ↔ ((¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷) ∧ 𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵))))
6358, 23, 623bitr4d 300 1 (𝜑 → (𝐴𝑂𝐵 ↔ (𝐶 ∈ (𝐴𝐼𝐵) ∧ ¬ 𝐴𝐷 ∧ ¬ 𝐵𝐷)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 196   ∨ wo 382   ∧ wa 383   ∧ w3a 1072   = wceq 1632   ∈ wcel 2139   ≠ wne 2932  ∃wrex 3051   ∖ cdif 3712   class class class wbr 4804  {copab 4864  ran crn 5267  ‘cfv 6049  (class class class)co 6814  Basecbs 16079  distcds 16172  TarskiGcstrkg 25549  Itvcitv 25555  LineGclng 25556 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-cnex 10204  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-addrcl 10209  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-mulcom 10212  ax-addass 10213  ax-mulass 10214  ax-distr 10215  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-1rid 10218  ax-rnegex 10219  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-ltadd 10224  ax-pre-mulgt0 10225 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-om 7232  df-1st 7334  df-2nd 7335  df-wrecs 7577  df-recs 7638  df-rdg 7676  df-1o 7730  df-oadd 7734  df-er 7913  df-pm 8028  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-fin 8127  df-card 8975  df-cda 9202  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292  df-sub 10480  df-neg 10481  df-nn 11233  df-2 11291  df-3 11292  df-n0 11505  df-xnn0 11576  df-z 11590  df-uz 11900  df-fz 12540  df-fzo 12680  df-hash 13332  df-word 13505  df-concat 13507  df-s1 13508  df-s2 13813  df-s3 13814  df-trkgc 25567  df-trkgb 25568  df-trkgcb 25569  df-trkg 25572  df-cgrg 25626 This theorem is referenced by:  colhp  25882
 Copyright terms: Public domain W3C validator