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Theorem appdivnq 6719
Description: Approximate division for positive rationals. Proposition 12.7 of [BauerTaylor], p. 55 (a special case where 𝐴 and 𝐵 are positive, as well as 𝐶). Our proof is simpler than the one in BauerTaylor because we have reciprocals. (Contributed by Jim Kingdon, 8-Dec-2019.)
Assertion
Ref Expression
appdivnq ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → ∃𝑚Q (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑚   𝐵,𝑚   𝐶,𝑚

Proof of Theorem appdivnq
StepHypRef Expression
1 simpl 106 . . . 4 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → 𝐴 <Q 𝐵)
2 ltrelnq 6521 . . . . . . . 8 <Q ⊆ (Q × Q)
32brel 4420 . . . . . . 7 (𝐴 <Q 𝐵 → (𝐴Q𝐵Q))
43adantr 265 . . . . . 6 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → (𝐴Q𝐵Q))
54simpld 109 . . . . 5 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → 𝐴Q)
64simprd 111 . . . . 5 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → 𝐵Q)
7 recclnq 6548 . . . . . 6 (𝐶Q → (*Q𝐶) ∈ Q)
87adantl 266 . . . . 5 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → (*Q𝐶) ∈ Q)
9 ltmnqg 6557 . . . . 5 ((𝐴Q𝐵Q ∧ (*Q𝐶) ∈ Q) → (𝐴 <Q 𝐵 ↔ ((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)))
105, 6, 8, 9syl3anc 1146 . . . 4 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → (𝐴 <Q 𝐵 ↔ ((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)))
111, 10mpbid 139 . . 3 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → ((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵))
12 ltbtwnnqq 6571 . . 3 (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ↔ ∃𝑚Q (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)))
1311, 12sylib 131 . 2 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → ∃𝑚Q (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)))
148adantr 265 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (*Q𝐶) ∈ Q)
155adantr 265 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → 𝐴Q)
16 mulclnq 6532 . . . . . . . . 9 (((*Q𝐶) ∈ Q𝐴Q) → ((*Q𝐶) ·Q 𝐴) ∈ Q)
1714, 15, 16syl2anc 397 . . . . . . . 8 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((*Q𝐶) ·Q 𝐴) ∈ Q)
18 simpr 107 . . . . . . . 8 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → 𝑚Q)
19 simplr 490 . . . . . . . 8 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → 𝐶Q)
20 ltmnqg 6557 . . . . . . . 8 ((((*Q𝐶) ·Q 𝐴) ∈ Q𝑚Q𝐶Q) → (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ↔ (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐴)) <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
2117, 18, 19, 20syl3anc 1146 . . . . . . 7 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ↔ (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐴)) <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
22 recidnq 6549 . . . . . . . . . . 11 (𝐶Q → (𝐶 ·Q (*Q𝐶)) = 1Q)
2322oveq1d 5555 . . . . . . . . . 10 (𝐶Q → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐴) = (1Q ·Q 𝐴))
2423ad2antlr 466 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐴) = (1Q ·Q 𝐴))
25 mulassnqg 6540 . . . . . . . . . 10 ((𝐶Q ∧ (*Q𝐶) ∈ Q𝐴Q) → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐴) = (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐴)))
2619, 14, 15, 25syl3anc 1146 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐴) = (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐴)))
27 1nq 6522 . . . . . . . . . . . 12 1QQ
28 mulcomnqg 6539 . . . . . . . . . . . 12 ((1QQ𝐴Q) → (1Q ·Q 𝐴) = (𝐴 ·Q 1Q))
2927, 28mpan 408 . . . . . . . . . . 11 (𝐴Q → (1Q ·Q 𝐴) = (𝐴 ·Q 1Q))
30 mulidnq 6545 . . . . . . . . . . 11 (𝐴Q → (𝐴 ·Q 1Q) = 𝐴)
3129, 30eqtrd 2088 . . . . . . . . . 10 (𝐴Q → (1Q ·Q 𝐴) = 𝐴)
3215, 31syl 14 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (1Q ·Q 𝐴) = 𝐴)
3324, 26, 323eqtr3d 2096 . . . . . . . 8 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐴)) = 𝐴)
3433breq1d 3802 . . . . . . 7 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐴)) <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ↔ 𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
3521, 34bitrd 181 . . . . . 6 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
366adantr 265 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → 𝐵Q)
37 mulclnq 6532 . . . . . . . . 9 (((*Q𝐶) ∈ Q𝐵Q) → ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ∈ Q)
3814, 36, 37syl2anc 397 . . . . . . . 8 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ∈ Q)
39 ltmnqg 6557 . . . . . . . 8 ((𝑚Q ∧ ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ∈ Q𝐶Q) → (𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵))))
4018, 38, 19, 39syl3anc 1146 . . . . . . 7 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵))))
4122oveq1d 5555 . . . . . . . . . 10 (𝐶Q → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐵) = (1Q ·Q 𝐵))
4241ad2antlr 466 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐵) = (1Q ·Q 𝐵))
43 mulassnqg 6540 . . . . . . . . . 10 ((𝐶Q ∧ (*Q𝐶) ∈ Q𝐵Q) → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐵) = (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)))
4419, 14, 36, 43syl3anc 1146 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q (*Q𝐶)) ·Q 𝐵) = (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)))
45 mulcomnqg 6539 . . . . . . . . . . . 12 ((1QQ𝐵Q) → (1Q ·Q 𝐵) = (𝐵 ·Q 1Q))
4627, 45mpan 408 . . . . . . . . . . 11 (𝐵Q → (1Q ·Q 𝐵) = (𝐵 ·Q 1Q))
47 mulidnq 6545 . . . . . . . . . . 11 (𝐵Q → (𝐵 ·Q 1Q) = 𝐵)
4846, 47eqtrd 2088 . . . . . . . . . 10 (𝐵Q → (1Q ·Q 𝐵) = 𝐵)
4936, 48syl 14 . . . . . . . . 9 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (1Q ·Q 𝐵) = 𝐵)
5042, 44, 493eqtr3d 2096 . . . . . . . 8 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)) = 𝐵)
5150breq2d 3804 . . . . . . 7 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q 𝑚) <Q (𝐶 ·Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵))
5240, 51bitrd 181 . . . . . 6 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵))
5335, 52anbi12d 450 . . . . 5 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)) ↔ (𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ∧ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵)))
54 mulcomnqg 6539 . . . . . . . 8 ((𝐶Q𝑚Q) → (𝐶 ·Q 𝑚) = (𝑚 ·Q 𝐶))
5519, 18, 54syl2anc 397 . . . . . . 7 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (𝐶 ·Q 𝑚) = (𝑚 ·Q 𝐶))
5655breq2d 3804 . . . . . 6 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → (𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ↔ 𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶)))
5755breq1d 3802 . . . . . 6 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵 ↔ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵))
5856, 57anbi12d 450 . . . . 5 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ∧ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵) ↔ (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
5953, 58bitrd 181 . . . 4 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)) ↔ (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
6059biimpd 136 . . 3 (((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) ∧ 𝑚Q) → ((((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)) → (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
6160reximdva 2438 . 2 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → (∃𝑚Q (((*Q𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚𝑚 <Q ((*Q𝐶) ·Q 𝐵)) → ∃𝑚Q (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
6213, 61mpd 13 1 ((𝐴 <Q 𝐵𝐶Q) → ∃𝑚Q (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 101  wb 102   = wceq 1259  wcel 1409  wrex 2324   class class class wbr 3792  cfv 4930  (class class class)co 5540  Qcnq 6436  1Qc1q 6437   ·Q cmq 6439  *Qcrq 6440   <Q cltq 6441
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 103  ax-ia2 104  ax-ia3 105  ax-in1 554  ax-in2 555  ax-io 640  ax-5 1352  ax-7 1353  ax-gen 1354  ax-ie1 1398  ax-ie2 1399  ax-8 1411  ax-10 1412  ax-11 1413  ax-i12 1414  ax-bndl 1415  ax-4 1416  ax-13 1420  ax-14 1421  ax-17 1435  ax-i9 1439  ax-ial 1443  ax-i5r 1444  ax-ext 2038  ax-coll 3900  ax-sep 3903  ax-nul 3911  ax-pow 3955  ax-pr 3972  ax-un 4198  ax-setind 4290  ax-iinf 4339
This theorem depends on definitions:  df-bi 114  df-dc 754  df-3or 897  df-3an 898  df-tru 1262  df-fal 1265  df-nf 1366  df-sb 1662  df-eu 1919  df-mo 1920  df-clab 2043  df-cleq 2049  df-clel 2052  df-nfc 2183  df-ne 2221  df-ral 2328  df-rex 2329  df-reu 2330  df-rab 2332  df-v 2576  df-sbc 2788  df-csb 2881  df-dif 2948  df-un 2950  df-in 2952  df-ss 2959  df-nul 3253  df-pw 3389  df-sn 3409  df-pr 3410  df-op 3412  df-uni 3609  df-int 3644  df-iun 3687  df-br 3793  df-opab 3847  df-mpt 3848  df-tr 3883  df-eprel 4054  df-id 4058  df-po 4061  df-iso 4062  df-iord 4131  df-on 4133  df-suc 4136  df-iom 4342  df-xp 4379  df-rel 4380  df-cnv 4381  df-co 4382  df-dm 4383  df-rn 4384  df-res 4385  df-ima 4386  df-iota 4895  df-fun 4932  df-fn 4933  df-f 4934  df-f1 4935  df-fo 4936  df-f1o 4937  df-fv 4938  df-ov 5543  df-oprab 5544  df-mpt2 5545  df-1st 5795  df-2nd 5796  df-recs 5951  df-irdg 5988  df-1o 6032  df-oadd 6036  df-omul 6037  df-er 6137  df-ec 6139  df-qs 6143  df-ni 6460  df-pli 6461  df-mi 6462  df-lti 6463  df-plpq 6500  df-mpq 6501  df-enq 6503  df-nqqs 6504  df-plqqs 6505  df-mqqs 6506  df-1nqqs 6507  df-rq 6508  df-ltnqqs 6509
This theorem is referenced by:  appdiv0nq  6720  mullocpr  6727
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