Theorem logbgcd1irrap 14473

Description: The logarithm of an integer greater than 1 to an integer base greater than 1 is irrational (in the sense of being apart from any rational number) if the argument and the base are relatively prime. For example, ( 2 log_b 9 ) # Q where Q is rational. (Contributed by AV, 29-Dec-2022.)

Assertion

Ref	Expression
logbgcd1irrap	|- ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) -> ( B logb X ) # Q )

Proof of Theorem logbgcd1irrap

Dummy variables m n are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simprr 531	. . 3 |- ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) -> Q e. QQ )
2		elq 9624	. . 3 |- ( Q e. QQ <-> E. m e. ZZ E. n e. NN Q = ( m / n ) )
3	1, 2	sylib 122	. 2 |- ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) -> E. m e. ZZ E. n e. NN Q = ( m / n ) )
4		simp-4l 541	. . . . . 6 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> X e. ( ZZ>= ` 2 ) )
5		simp-4r 542	. . . . . 6 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> B e. ( ZZ>= ` 2 ) )
6		simprl 529	. . . . . . 7 |- ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) -> ( X gcd B ) = 1 )
7	6	ad2antrr 488	. . . . . 6 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> ( X gcd B ) = 1 )
8		simplrl 535	. . . . . 6 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> m e. ZZ )
9		simplrr 536	. . . . . 6 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> n e. NN )
10	4, 5, 7, 8, 9	logbgcd1irraplemap 14472	. . . . 5 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> ( B logb X ) # ( m / n ) )
11		simpr 110	. . . . 5 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> Q = ( m / n ) )
12	10, 11	breqtrrd 4033	. . . 4 |- ( ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) /\ Q = ( m / n ) ) -> ( B logb X ) # Q )
13	12	ex 115	. . 3 |- ( ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) /\ ( m e. ZZ /\ n e. NN ) ) -> ( Q = ( m / n ) -> ( B logb X ) # Q ) )
14	13	rexlimdvva 2602	. 2 |- ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) -> ( E. m e. ZZ E. n e. NN Q = ( m / n ) -> ( B logb X ) # Q ) )
15	3, 14	mpd 13	1 |- ( ( ( X e. ( ZZ>= ` 2 ) /\ B e. ( ZZ>= ` 2 ) ) /\ ( ( X gcd B ) = 1 /\ Q e. QQ ) ) -> ( B logb X ) # Q )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1353   e. wcel 2148   E.wrex 2456   class class class wbr 4005   ` cfv 5218  (class class class)co 5877   1c1 7814   # cap 8540   / cdiv 8631   NNcn 8921   2c2 8972   ZZcz 9255   ZZ>=cuz 9530   QQcq 9621   gcd cgcd 11945   log_b clogb 14446

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4120  ax-sep 4123  ax-nul 4131  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-iinf 4589  ax-cnex 7904  ax-resscn 7905  ax-1cn 7906  ax-1re 7907  ax-icn 7908  ax-addcl 7909  ax-addrcl 7910  ax-mulcl 7911  ax-mulrcl 7912  ax-addcom 7913  ax-mulcom 7914  ax-addass 7915  ax-mulass 7916  ax-distr 7917  ax-i2m1 7918  ax-0lt1 7919  ax-1rid 7920  ax-0id 7921  ax-rnegex 7922  ax-precex 7923  ax-cnre 7924  ax-pre-ltirr 7925  ax-pre-ltwlin 7926  ax-pre-lttrn 7927  ax-pre-apti 7928  ax-pre-ltadd 7929  ax-pre-mulgt0 7930  ax-pre-mulext 7931  ax-arch 7932  ax-caucvg 7933  ax-pre-suploc 7934  ax-addf 7935  ax-mulf 7936

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 831  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2741  df-sbc 2965  df-csb 3060  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-nul 3425  df-if 3537  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-iun 3890  df-disj 3983  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-tr 4104  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-iord 4368  df-on 4370  df-ilim 4371  df-suc 4373  df-iom 4592  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-f1 5223  df-fo 5224  df-f1o 5225  df-fv 5226  df-isom 5227  df-riota 5833  df-ov 5880  df-oprab 5881  df-mpo 5882  df-of 6085  df-1st 6143  df-2nd 6144  df-recs 6308  df-irdg 6373  df-frec 6394  df-1o 6419  df-2o 6420  df-oadd 6423  df-er 6537  df-map 6652  df-pm 6653  df-en 6743  df-dom 6744  df-fin 6745  df-sup 6985  df-inf 6986  df-pnf 7996  df-mnf 7997  df-xr 7998  df-ltxr 7999  df-le 8000  df-sub 8132  df-neg 8133  df-reap 8534  df-ap 8541  df-div 8632  df-inn 8922  df-2 8980  df-3 8981  df-4 8982  df-n0 9179  df-z 9256  df-uz 9531  df-q 9622  df-rp 9656  df-xneg 9774  df-xadd 9775  df-ioo 9894  df-ico 9896  df-icc 9897  df-fz 10011  df-fzo 10145  df-fl 10272  df-mod 10325  df-seqfrec 10448  df-exp 10522  df-fac 10708  df-bc 10730  df-ihash 10758  df-shft 10826  df-cj 10853  df-re 10854  df-im 10855  df-rsqrt 11009  df-abs 11010  df-clim 11289  df-sumdc 11364  df-ef 11658  df-e 11659  df-dvds 11797  df-gcd 11946  df-prm 12110  df-rest 12695  df-topgen 12714  df-psmet 13532  df-xmet 13533  df-met 13534  df-bl 13535  df-mopn 13536  df-top 13583  df-topon 13596  df-bases 13628  df-ntr 13681  df-cn 13773  df-cnp 13774  df-tx 13838  df-cncf 14143  df-limced 14210  df-dvap 14211  df-relog 14364  df-rpcxp 14365  df-logb 14447

This theorem is referenced by:  2logb9irrap  14480