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Theorem qtri3or 10455
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 9813 . . . 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 9813 . . . . . . 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 492 . . . . 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 535 . . . . . . . . . 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 536 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  w  e.  NN )
98ad2antrr 488 . . . . . . . . . . 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 9564 . . . . . . . . . 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 9571 . . . . . . . . 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 535 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( M  e.  QQ  /\  N  e.  QQ )  /\  (
z  e.  ZZ  /\  w  e.  NN )
)  /\  N  =  ( z  /  w
) )  ->  z  e.  ZZ )
1312ad2antrr 488 . . . . . . . . . 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 536 . . . . . . . . . . 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 9564 . . . . . . . . . 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 9571 . . . . . . . . 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 9485 . . . . . . . . 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 411 . . . . . . . 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 534 . . . . . . . . . . 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 4094 . . . . . . . . . 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 4085 . . . . . . . . . . 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 9565 . . . . . . . . . . 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 9886 . . . . . . . . . . 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 9565 . . . . . . . . . . 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 9886 . . . . . . . . . . 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 9957 . . . . . . . . . 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 2244 . . . . . . . . . 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 9566 . . . . . . . . . . 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 9566 . . . . . . . . . . 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 9120 . . . . . . . . . . . 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 9152 . . . . . . . . . . . 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 9120 . . . . . . . . . . . 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 9152 . . . . . . . . . . . 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 8860 . . . . . . . . . . 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 1272 . . . . . . . . . 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 9957 . . . . . . . . . 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 4095 . . . . . . . . . 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 1345 . . . . . . . 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 2656 . . . . 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 2656 . 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 1001    = wceq 1395    e. wcel 2200   E.wrex 2509   class class class wbr 4082  (class class class)co 6000   CCcc 7993   0cc0 7995    x. cmul 8000    < clt 8177   # cap 8724    / cdiv 8815   NNcn 9106   ZZcz 9442   QQcq 9810
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 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-sep 4201  ax-pow 4257  ax-pr 4292  ax-un 4523  ax-setind 4628  ax-cnex 8086  ax-resscn 8087  ax-1cn 8088  ax-1re 8089  ax-icn 8090  ax-addcl 8091  ax-addrcl 8092  ax-mulcl 8093  ax-mulrcl 8094  ax-addcom 8095  ax-mulcom 8096  ax-addass 8097  ax-mulass 8098  ax-distr 8099  ax-i2m1 8100  ax-0lt1 8101  ax-1rid 8102  ax-0id 8103  ax-rnegex 8104  ax-precex 8105  ax-cnre 8106  ax-pre-ltirr 8107  ax-pre-ltwlin 8108  ax-pre-lttrn 8109  ax-pre-apti 8110  ax-pre-ltadd 8111  ax-pre-mulgt0 8112  ax-pre-mulext 8113
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-nel 2496  df-ral 2513  df-rex 2514  df-reu 2515  df-rmo 2516  df-rab 2517  df-v 2801  df-sbc 3029  df-csb 3125  df-dif 3199  df-un 3201  df-in 3203  df-ss 3210  df-pw 3651  df-sn 3672  df-pr 3673  df-op 3675  df-uni 3888  df-int 3923  df-iun 3966  df-br 4083  df-opab 4145  df-mpt 4146  df-id 4383  df-po 4386  df-iso 4387  df-xp 4724  df-rel 4725  df-cnv 4726  df-co 4727  df-dm 4728  df-rn 4729  df-res 4730  df-ima 4731  df-iota 5277  df-fun 5319  df-fn 5320  df-f 5321  df-fv 5325  df-riota 5953  df-ov 6003  df-oprab 6004  df-mpo 6005  df-1st 6284  df-2nd 6285  df-pnf 8179  df-mnf 8180  df-xr 8181  df-ltxr 8182  df-le 8183  df-sub 8315  df-neg 8316  df-reap 8718  df-ap 8725  df-div 8816  df-inn 9107  df-n0 9366  df-z 9443  df-q 9811  df-rp 9846
This theorem is referenced by:  qletric  10456  qlelttric  10457  qltnle  10458  qdceq  10459  qdclt  10460  fimaxq  11044
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