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Theorem qtri3or 10501
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 9856 . . . 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 9856 . . . . . . 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 537 . . . . . . . . . 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 538 . . . . . . . . . . . 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 9601 . . . . . . . . . 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 9608 . . . . . . . . 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 537 . . . . . . . . . . 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 538 . . . . . . . . . . 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 9601 . . . . . . . . . 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 9608 . . . . . . . . 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 9522 . . . . . . . . 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 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
) )  ->  N  =  ( z  /  w ) )
2019breq2d 4100 . . . . . . . . . 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 4091 . . . . . . . . . . 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 9602 . . . . . . . . . . 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 9929 . . . . . . . . . . 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 9602 . . . . . . . . . . 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 9929 . . . . . . . . . . 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 10000 . . . . . . . . . 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 2246 . . . . . . . . . 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 9603 . . . . . . . . . . 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 9603 . . . . . . . . . . 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 9157 . . . . . . . . . . . 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 9189 . . . . . . . . . . . 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 9157 . . . . . . . . . . . 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 9189 . . . . . . . . . . . 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 8897 . . . . . . . . . . 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 1274 . . . . . . . . . 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 10000 . . . . . . . . . 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 4101 . . . . . . . . . 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 1347 . . . . . . . 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 2658 . . . . 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 2658 . 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 1003    = wceq 1397    e. wcel 2202   E.wrex 2511   class class class wbr 4088  (class class class)co 6018   CCcc 8030   0cc0 8032    x. cmul 8037    < clt 8214   # cap 8761    / cdiv 8852   NNcn 9143   ZZcz 9479   QQcq 9853
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 619  ax-in2 620  ax-io 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-sep 4207  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-cnex 8123  ax-resscn 8124  ax-1cn 8125  ax-1re 8126  ax-icn 8127  ax-addcl 8128  ax-addrcl 8129  ax-mulcl 8130  ax-mulrcl 8131  ax-addcom 8132  ax-mulcom 8133  ax-addass 8134  ax-mulass 8135  ax-distr 8136  ax-i2m1 8137  ax-0lt1 8138  ax-1rid 8139  ax-0id 8140  ax-rnegex 8141  ax-precex 8142  ax-cnre 8143  ax-pre-ltirr 8144  ax-pre-ltwlin 8145  ax-pre-lttrn 8146  ax-pre-apti 8147  ax-pre-ltadd 8148  ax-pre-mulgt0 8149  ax-pre-mulext 8150
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-iun 3972  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-id 4390  df-po 4393  df-iso 4394  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-fv 5334  df-riota 5971  df-ov 6021  df-oprab 6022  df-mpo 6023  df-1st 6303  df-2nd 6304  df-pnf 8216  df-mnf 8217  df-xr 8218  df-ltxr 8219  df-le 8220  df-sub 8352  df-neg 8353  df-reap 8755  df-ap 8762  df-div 8853  df-inn 9144  df-n0 9403  df-z 9480  df-q 9854  df-rp 9889
This theorem is referenced by:  qletric  10502  qlelttric  10503  qltnle  10504  qdceq  10505  qdclt  10506  fimaxq  11092
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