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Theorem divadddiv

Description: Addition of two ratios. Theorem I.13 of Apostol p. 18. (Contributed by NM, 1-Aug-2004) (Revised by Mario Carneiro, 2-May-2016)

Ref Expression
Assertion divadddiv ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐷 ) ) = ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) + ( 𝐵 · 𝐶 ) ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mulcl ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ∈ ℂ ) → ( 𝐴 · 𝐷 ) ∈ ℂ )
2 1 ad2ant2r ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) → ( 𝐴 · 𝐷 ) ∈ ℂ )
3 2 adantrl ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐴 · 𝐷 ) ∈ ℂ )
4 mulcl ⊢ ( ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ ) → ( 𝐵 · 𝐶 ) ∈ ℂ )
5 4 adantrr ⊢ ( ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ) → ( 𝐵 · 𝐶 ) ∈ ℂ )
6 5 ad2ant2lr ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐵 · 𝐶 ) ∈ ℂ )
7 mulcl ⊢ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ∈ ℂ ) → ( 𝐶 · 𝐷 ) ∈ ℂ )
8 7 ad2ant2r ⊢ ( ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) → ( 𝐶 · 𝐷 ) ∈ ℂ )
9 mulne0 ⊢ ( ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) → ( 𝐶 · 𝐷 ) ≠ 0 )
10 8 9 jca ⊢ ( ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) → ( ( 𝐶 · 𝐷 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐶 · 𝐷 ) ≠ 0 ) )
11 10 adantl ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐶 · 𝐷 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐶 · 𝐷 ) ≠ 0 ) )
12 divdir ⊢ ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐵 · 𝐶 ) ∈ ℂ ∧ ( ( 𝐶 · 𝐷 ) ∈ ℂ ∧ ( 𝐶 · 𝐷 ) ≠ 0 ) ) → ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) + ( 𝐵 · 𝐶 ) ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝐶 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) ) )
13 3 6 11 12 syl3anc ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) + ( 𝐵 · 𝐶 ) ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝐶 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) ) )
14 simpll ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → 𝐴 ∈ ℂ )
15 simprr ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) )
16 15 simpld ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → 𝐷 ∈ ℂ )
17 14 16 mulcomd ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐴 · 𝐷 ) = ( 𝐷 · 𝐴 ) )
18 simprll ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → 𝐶 ∈ ℂ )
19 18 16 mulcomd ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐶 · 𝐷 ) = ( 𝐷 · 𝐶 ) )
20 17 19 oveq12d ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐴 · 𝐷 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( ( 𝐷 · 𝐴 ) / ( 𝐷 · 𝐶 ) ) )
21 simprl ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) )
22 divcan5 ⊢ ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) → ( ( 𝐷 · 𝐴 ) / ( 𝐷 · 𝐶 ) ) = ( 𝐴 / 𝐶 ) )
23 14 21 15 22 syl3anc ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐷 · 𝐴 ) / ( 𝐷 · 𝐶 ) ) = ( 𝐴 / 𝐶 ) )
24 20 23 eqtrd ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐴 · 𝐷 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( 𝐴 / 𝐶 ) )
25 simplr ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → 𝐵 ∈ ℂ )
26 25 18 mulcomd ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( 𝐵 · 𝐶 ) = ( 𝐶 · 𝐵 ) )
27 26 oveq1d ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐵 · 𝐶 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( ( 𝐶 · 𝐵 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) )
28 divcan5 ⊢ ( ( 𝐵 ∈ ℂ ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ) → ( ( 𝐶 · 𝐵 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( 𝐵 / 𝐷 ) )
29 25 15 21 28 syl3anc ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐶 · 𝐵 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( 𝐵 / 𝐷 ) )
30 27 29 eqtrd ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐵 · 𝐶 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) = ( 𝐵 / 𝐷 ) )
31 24 30 oveq12d ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝐶 ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) ) = ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐷 ) ) )
32 13 31 eqtr2d ⊢ ( ( ( 𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ) ∧ ( ( 𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ≠ 0 ) ∧ ( 𝐷 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ≠ 0 ) ) ) → ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐷 ) ) = ( ( ( 𝐴 · 𝐷 ) + ( 𝐵 · 𝐶 ) ) / ( 𝐶 · 𝐷 ) ) )