Theorem 2irrexpqap 16214

Description: There exist real numbers a and b which are irrational (in the sense of being apart from any rational number) such that ( a ^ b ) is rational. Statement in the Metamath book, section 1.1.5, footnote 27 on page 17, and the "constructive proof" for theorem 1.2 of [Bauer], p. 483. This is a constructive proof because it is based on two explicitly named irrational numbers ( sqr ` 2 ) and ( 2 log_b 9 ), see sqrt2irrap 12985, 2logb9irrap 16213 and sqrt2cxp2logb9e3 16211. Therefore, this proof is acceptable/usable in intuitionistic logic. (Contributed by Jim Kingdon, 12-Jul-2024.)

Assertion

Ref	Expression
2irrexpqap	|- E. a e. RR E. b e. RR ( A. p e. QQ a # p /\ A. q e. QQ b # q /\ ( a ^c b ) e. QQ )

Distinct variable groups:   a, b, p   q, a, b

Proof of Theorem 2irrexpqap

Step	Hyp	Ref	Expression
1		sqrt2re 12967	. 2 |- ( sqr ` 2 ) e. RR
2		2logb9irr 16207	. . 3 |- ( 2 logb 9 ) e. ( RR \ QQ )
3		eldifi 3351	. . 3 |- ( ( 2 logb 9 ) e. ( RR \ QQ ) -> ( 2 logb 9 ) e. RR )
4	2, 3	ax-mp 5	. 2 |- ( 2 logb 9 ) e. RR
5		sqrt2irrap 12985	. . . 4 |- ( p e. QQ -> ( sqr ` 2 ) # p )
6	5	rgen 2603	. . 3 |- A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p
7		2logb9irrap 16213	. . . 4 |- ( q e. QQ -> ( 2 logb 9 ) # q )
8	7	rgen 2603	. . 3 |- A. q e. QQ ( 2 logb 9 ) # q
9		sqrt2cxp2logb9e3 16211	. . . 4 |- ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) = 3
10		3z 9684	. . . . 5 |- 3 e. ZZ
11		zq 10042	. . . . 5 |- ( 3 e. ZZ -> 3 e. QQ )
12	10, 11	ax-mp 5	. . . 4 |- 3 e. QQ
13	9, 12	eqeltri 2311	. . 3 |- ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) e. QQ
14	6, 8, 13	3pm3.2i 1206	. 2 |- ( A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p /\ A. q e. QQ ( 2 logb 9 ) # q /\ ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) e. QQ )
15		breq1 4134	. . . . 5 |- ( a = ( sqr ` 2 ) -> ( a # p <-> ( sqr ` 2 ) # p ) )
16	15	ralbidv 2550	. . . 4 |- ( a = ( sqr ` 2 ) -> ( A. p e. QQ a # p <-> A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p ) )
17		biidd 172	. . . 4 |- ( a = ( sqr ` 2 ) -> ( A. q e. QQ b # q <-> A. q e. QQ b # q ) )
18		oveq1 6095	. . . . 5 |- ( a = ( sqr ` 2 ) -> ( a ^c b ) = ( ( sqr ` 2 ) ^c b ) )
19	18	eleq1d 2307	. . . 4 |- ( a = ( sqr ` 2 ) -> ( ( a ^c b ) e. QQ <-> ( ( sqr ` 2 ) ^c b ) e. QQ ) )
20	16, 17, 19	3anbi123d 1353	. . 3 |- ( a = ( sqr ` 2 ) -> ( ( A. p e. QQ a # p /\ A. q e. QQ b # q /\ ( a ^c b ) e. QQ ) <-> ( A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p /\ A. q e. QQ b # q /\ ( ( sqr ` 2 ) ^c b ) e. QQ ) ) )
21		biidd 172	. . . 4 |- ( b = ( 2 logb 9 ) -> ( A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p <-> A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p ) )
22		breq1 4134	. . . . 5 |- ( b = ( 2 logb 9 ) -> ( b # q <-> ( 2 logb 9 ) # q ) )
23	22	ralbidv 2550	. . . 4 |- ( b = ( 2 logb 9 ) -> ( A. q e. QQ b # q <-> A. q e. QQ ( 2 logb 9 ) # q ) )
24		oveq2 6096	. . . . 5 |- ( b = ( 2 logb 9 ) -> ( ( sqr ` 2 ) ^c b ) = ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) )
25	24	eleq1d 2307	. . . 4 |- ( b = ( 2 logb 9 ) -> ( ( ( sqr ` 2 ) ^c b ) e. QQ <-> ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) e. QQ ) )
26	21, 23, 25	3anbi123d 1353	. . 3 |- ( b = ( 2 logb 9 ) -> ( ( A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p /\ A. q e. QQ b # q /\ ( ( sqr ` 2 ) ^c b ) e. QQ ) <-> ( A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p /\ A. q e. QQ ( 2 logb 9 ) # q /\ ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) e. QQ ) ) )
27	20, 26	rspc2ev 2945	. 2 |- ( ( ( sqr ` 2 ) e. RR /\ ( 2 logb 9 ) e. RR /\ ( A. p e. QQ ( sqr ` 2 ) # p /\ A. q e. QQ ( 2 logb 9 ) # q /\ ( ( sqr ` 2 ) ^c ( 2 logb 9 ) ) e. QQ ) ) -> E. a e. RR E. b e. RR ( A. p e. QQ a # p /\ A. q e. QQ b # q /\ ( a ^c b ) e. QQ ) )
28	1, 4, 14, 27	mp3an 1378	1 |- E. a e. RR E. b e. RR ( A. p e. QQ a # p /\ A. q e. QQ b # q /\ ( a ^c b ) e. QQ )

This proof depends on syntax axioms:   /\ w3a 1009   = wceq 1402   e. wcel 2209   A.wral 2528   E.wrex 2529   \ cdif 3217   class class class wbr 4131   ` cfv 5380  (class class class)co 6088   RRcr 8184   # cap 8917   2c2 9364   3c3 9365   9c9 9371   ZZcz 9655   QQcq 10035   sqrcsqrt 11784   ^c ccxp 16086   log_b clogb 16179

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4248  ax-sep 4251  ax-nul 4261  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-iinf 4737  ax-cnex 8276  ax-resscn 8277  ax-1cn 8278  ax-1re 8279  ax-icn 8280  ax-addcl 8281  ax-addrcl 8282  ax-mulcl 8283  ax-mulrcl 8284  ax-addcom 8285  ax-mulcom 8286  ax-addass 8287  ax-mulass 8288  ax-distr 8289  ax-i2m1 8290  ax-0lt1 8291  ax-1rid 8292  ax-0id 8293  ax-rnegex 8294  ax-precex 8295  ax-cnre 8296  ax-pre-ltirr 8297  ax-pre-ltwlin 8298  ax-pre-lttrn 8299  ax-pre-apti 8300  ax-pre-ltadd 8301  ax-pre-mulgt0 8302  ax-pre-mulext 8303  ax-arch 8304  ax-caucvg 8305  ax-pre-suploc 8306  ax-addf 8307  ax-mulf 8308

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 843  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-xor 1425  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-disj 4107  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-tr 4232  df-id 4440  df-po 4443  df-iso 4444  df-iord 4513  df-on 4515  df-ilim 4516  df-suc 4518  df-iom 4740  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-isom 5389  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-of 6305  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-recs 6580  df-irdg 6645  df-frec 6666  df-1o 6691  df-2o 6692  df-oadd 6695  df-er 6811  df-map 6928  df-pm 6929  df-en 7027  df-dom 7028  df-fin 7029  df-sup 7330  df-inf 7331  df-pnf 8368  df-mnf 8369  df-xr 8370  df-ltxr 8371  df-le 8372  df-sub 8506  df-neg 8507  df-reap 8911  df-ap 8918  df-div 9011  df-inn 9314  df-2 9372  df-3 9373  df-4 9374  df-5 9375  df-6 9376  df-7 9377  df-8 9378  df-9 9379  df-n0 9575  df-z 9656  df-uz 9938  df-q 10036  df-rp 10072  df-xneg 10191  df-xadd 10192  df-ioo 10311  df-ico 10313  df-icc 10314  df-fz 10429  df-fzo 10567  df-fl 10722  df-mod 10781  df-seqfrec 10906  df-exp 10997  df-fac 11186  df-bc 11208  df-ihash 11237  df-shft 11602  df-cj 11629  df-re 11630  df-im 11631  df-rsqrt 11786  df-abs 11787  df-clim 12070  df-sumdc 12145  df-ef 12440  df-e 12441  df-dvds 12580  df-gcd 12756  df-prm 12911  df-rest 13654  df-topgen 13673  df-psmet 14989  df-xmet 14990  df-met 14991  df-bl 14992  df-mopn 14993  df-top 15224  df-topon 15237  df-bases 15269  df-ntr 15322  df-cn 15414  df-cnp 15415  df-tx 15479  df-cncf 15797  df-limced 15882  df-dvap 15883  df-relog 16087  df-rpcxp 16088  df-logb 16180

This theorem is used by: (None)