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Theorem qtri3or 10653
Description: Rational trichotomy. (Contributed by Jim Kingdon, 6-Oct-2021.)
Assertion
Ref Expression
qtri3or  |-  ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  ->  ( M  <  N  \/  M  =  N  \/  N  <  M ) )

Proof of Theorem qtri3or
Dummy variables  w  x  y  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elq 10001 . . . 4  |-  ( N  e.  QQ  <->  E. z  e.  ZZ  E. w  e.  NN  N  =  ( z  /  w ) )
21biimpi 120 . . 3  |-  ( N  e.  QQ  ->  E. z  e.  ZZ  E. w  e.  NN  N  =  ( z  /  w ) )
32adantl 277 . 2  |-  ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  ->  E. z  e.  ZZ  E. w  e.  NN  N  =  ( z  /  w ) )
4 elq 10001 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  QQ  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  NN  M  =  ( x  /  y ) )
54biimpi 120 . . . . . 6  |-  ( M  e.  QQ  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  NN  M  =  ( x  /  y ) )
65ad3antrrr 496 . . . . 5  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  NN  M  =  ( x  /  y ) )
7 simplrl 541 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  x  e.  ZZ )
8 simplrr 542 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  w  e.  NN )
98ad2antrr 492 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  w  e.  NN )
109nnzd 9746 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  w  e.  ZZ )
117, 10zmulcld 9753 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
x  x.  w )  e.  ZZ )
12 simplrl 541 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  z  e.  ZZ )
1312ad2antrr 492 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  z  e.  ZZ )
14 simplrr 542 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  y  e.  NN )
1514nnzd 9746 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  y  e.  ZZ )
1613, 15zmulcld 9753 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
z  x.  y )  e.  ZZ )
17 ztri3or 9666 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  x.  w
)  e.  ZZ  /\  ( z  x.  y
)  e.  ZZ )  ->  ( ( x  x.  w )  < 
( z  x.  y
)  \/  ( x  x.  w )  =  ( z  x.  y
)  \/  ( z  x.  y )  < 
( x  x.  w
) ) )
1811, 16, 17syl2anc 415 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( x  x.  w
)  <  ( z  x.  y )  \/  (
x  x.  w )  =  ( z  x.  y )  \/  (
z  x.  y )  <  ( x  x.  w ) ) )
19 simpllr 540 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  N  =  ( z  /  w ) )
2019breq2d 4137 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( x  /  y
)  <  N  <->  ( x  /  y )  < 
( z  /  w
) ) )
21 breq1 4128 . . . . . . . . . . 11  |-  ( M  =  ( x  / 
y )  ->  ( M  <  N  <->  ( x  /  y )  < 
N ) )
2221adantl 277 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  ( M  <  N  <->  ( x  /  y )  < 
N ) )
237zred 9747 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  x  e.  RR )
249nnrpd 10074 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  w  e.  RR+ )
2513zred 9747 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  z  e.  RR )
2614nnrpd 10074 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  y  e.  RR+ )
2723, 24, 25, 26lt2mul2divd 10145 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( x  x.  w
)  <  ( z  x.  y )  <->  ( x  /  y )  < 
( z  /  w
) ) )
2820, 22, 273bitr4rd 221 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( x  x.  w
)  <  ( z  x.  y )  <->  M  <  N ) )
29 simpr 110 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  M  =  ( x  / 
y ) )
3029, 19eqeq12d 2253 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  ( M  =  N  <->  ( x  /  y )  =  ( z  /  w
) ) )
317zcnd 9748 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  x  e.  CC )
3213zcnd 9748 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  z  e.  CC )
3314nncnd 9297 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  y  e.  CC )
3414nnap0d 9329 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  y #  0 )
3533, 34jca 306 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
y  e.  CC  /\  y #  0 ) )
369nncnd 9297 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  w  e.  CC )
379nnap0d 9329 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  w #  0 )
3836, 37jca 306 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
w  e.  CC  /\  w #  0 ) )
39 divmuleqap 9037 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( x  e.  CC  /\  z  e.  CC )  /\  ( ( y  e.  CC  /\  y #  0 )  /\  (
w  e.  CC  /\  w #  0 ) ) )  ->  ( ( x  /  y )  =  ( z  /  w
)  <->  ( x  x.  w )  =  ( z  x.  y ) ) )
4031, 32, 35, 38, 39syl22anc 1279 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( x  /  y
)  =  ( z  /  w )  <->  ( x  x.  w )  =  ( z  x.  y ) ) )
4130, 40bitr2d 189 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( x  x.  w
)  =  ( z  x.  y )  <->  M  =  N ) )
4225, 26, 23, 24lt2mul2divd 10145 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( z  x.  y
)  <  ( x  x.  w )  <->  ( z  /  w )  <  (
x  /  y ) ) )
4319, 29breq12d 4138 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  ( N  <  M  <->  ( z  /  w )  <  (
x  /  y ) ) )
4442, 43bitr4d 191 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( z  x.  y
)  <  ( x  x.  w )  <->  N  <  M ) )
4528, 41, 443orbi123d 1352 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  (
( ( x  x.  w )  <  (
z  x.  y )  \/  ( x  x.  w )  =  ( z  x.  y )  \/  ( z  x.  y )  <  (
x  x.  w ) )  <->  ( M  < 
N  \/  M  =  N  \/  N  < 
M ) ) )
4618, 45mpbid 147 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  /\  M  =  ( x  /  y
) )  ->  ( M  <  N  \/  M  =  N  \/  N  <  M ) )
4746ex 115 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  /\  (
x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )
)  ->  ( M  =  ( x  / 
y )  ->  ( M  <  N  \/  M  =  N  \/  N  <  M ) ) )
4847rexlimdvva 2676 . . . . 5  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  ( E. x  e.  ZZ  E. y  e.  NN  M  =  ( x  / 
y )  ->  ( M  <  N  \/  M  =  N  \/  N  <  M ) ) )
496, 48mpd 13 . . . 4  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  ( M  <  N  \/  M  =  N  \/  N  <  M ) )
5049ex 115 . . 3  |-  ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN ) )  -> 
( N  =  ( z  /  w )  ->  ( M  < 
N  \/  M  =  N  \/  N  < 
M ) ) )
5150rexlimdvva 2676 . 2  |-  ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  ->  ( E. z  e.  ZZ  E. w  e.  NN  N  =  ( z  /  w )  ->  ( M  < 
N  \/  M  =  N  \/  N  < 
M ) ) )
523, 51mpd 13 1  |-  ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  ->  ( M  <  N  \/  M  =  N  \/  N  <  M ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 104    <-> wb 105    \/ w3o 1008    = wceq 1402    e. wcel 2209   E.wrex 2529   class class class wbr 4125  (class class class)co 6075   CCcc 8167   0cc0 8169    x. cmul 8174    < clt 8350   # cap 8899    / cdiv 8992   NNcn 9283   ZZcz 9623   QQcq 9998
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 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-sep 4244  ax-pow 4306  ax-pr 4341  ax-un 4573  ax-setind 4679  ax-cnex 8260  ax-resscn 8261  ax-1cn 8262  ax-1re 8263  ax-icn 8264  ax-addcl 8265  ax-addrcl 8266  ax-mulcl 8267  ax-mulrcl 8268  ax-addcom 8269  ax-mulcom 8270  ax-addass 8271  ax-mulass 8272  ax-distr 8273  ax-i2m1 8274  ax-0lt1 8275  ax-1rid 8276  ax-0id 8277  ax-rnegex 8278  ax-precex 8279  ax-cnre 8280  ax-pre-ltirr 8281  ax-pre-ltwlin 8282  ax-pre-lttrn 8283  ax-pre-apti 8284  ax-pre-ltadd 8285  ax-pre-mulgt0 8286  ax-pre-mulext 8287
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  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-pw 3687  df-sn 3711  df-pr 3712  df-op 3714  df-uni 3931  df-int 3966  df-iun 4009  df-br 4126  df-opab 4188  df-mpt 4189  df-id 4433  df-po 4436  df-iso 4437  df-xp 4775  df-rel 4776  df-cnv 4777  df-co 4778  df-dm 4779  df-rn 4780  df-res 4781  df-ima 4782  df-iota 5332  df-fun 5374  df-fn 5375  df-f 5376  df-fv 5380  df-riota 6028  df-ov 6078  df-oprab 6079  df-mpo 6080  df-1st 6364  df-2nd 6365  df-pnf 8352  df-mnf 8353  df-xr 8354  df-ltxr 8355  df-le 8356  df-sub 8489  df-neg 8490  df-reap 8893  df-ap 8900  df-div 8993  df-inn 9284  df-n0 9543  df-z 9624  df-q 9999  df-rp 10034
This theorem is referenced by:  qletric  10654  qlelttric  10655  qltnle  10656  qdceq  10657  qdclt  10658  fimaxq  11248
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