Theorem sqrt2irrap 12121

Description: The square root of 2 is irrational. That is, for any rational number, ( sqr ` 2 ) is apart from it. In the absence of excluded middle, we can distinguish between this and "the square root of 2 is not rational" which is sqrt2irr 12103. (Contributed by Jim Kingdon, 2-Oct-2021.)

Assertion

Ref	Expression
sqrt2irrap	|- ( Q e. QQ -> ( sqr ` 2 ) # Q )

Proof of Theorem sqrt2irrap

Dummy variables a b are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elq 9568	. . 3 |- ( Q e. QQ <-> E. a e. ZZ E. b e. NN Q = ( a / b ) )
2	1	biimpi 119	. 2 |- ( Q e. QQ -> E. a e. ZZ E. b e. NN Q = ( a / b ) )
3		simplrl 530	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) -> a e. ZZ )
4	3	adantr 274	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> a e. ZZ )
5		simplrr 531	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) -> b e. NN )
6	5	adantr 274	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> b e. NN )
7		znq 9570	. . . . . . . . 9 |- ( ( a e. ZZ /\ b e. NN ) -> ( a / b ) e. QQ )
8		qre 9571	. . . . . . . . 9 |- ( ( a / b ) e. QQ -> ( a / b ) e. RR )
9	7, 8	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( a e. ZZ /\ b e. NN ) -> ( a / b ) e. RR )
10	4, 6, 9	syl2anc 409	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( a / b ) e. RR )
11		sqrt2re 12104	. . . . . . . 8 |- ( sqr ` 2 ) e. RR
12	11	a1i 9	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( sqr ` 2 ) e. RR )
13		0red 7908	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> 0 e. RR )
14	4	zcnd 9322	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> a e. CC )
15	6	nncnd 8879	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> b e. CC )
16	6	nnap0d 8911	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> b # 0 )
17	14, 15, 16	divrecapd 8697	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( a / b ) = ( a x. ( 1 / b ) ) )
18	4	zred 9321	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> a e. RR )
19	6	nnrecred 8912	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( 1 / b ) e. RR )
20		simpr 109	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> a <_ 0 )
21		1red 7922	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> 1 e. RR )
22	6	nnrpd 9638	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> b e. RR+ )
23		0le1 8387	. . . . . . . . . . . 12 |- 0 <_ 1
24	23	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> 0 <_ 1 )
25	21, 22, 24	divge0d 9681	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> 0 <_ ( 1 / b ) )
26		mulle0r 8847	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( a e. RR /\ ( 1 / b ) e. RR ) /\ ( a <_ 0 /\ 0 <_ ( 1 / b ) ) ) -> ( a x. ( 1 / b ) ) <_ 0 )
27	18, 19, 20, 25, 26	syl22anc 1234	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( a x. ( 1 / b ) ) <_ 0 )
28	17, 27	eqbrtrd 4009	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( a / b ) <_ 0 )
29		2re 8935	. . . . . . . . . 10 |- 2 e. RR
30		2pos 8956	. . . . . . . . . 10 |- 0 < 2
31	29, 30	sqrtgt0ii 11082	. . . . . . . . 9 |- 0 < ( sqr ` 2 )
32	31	a1i 9	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> 0 < ( sqr ` 2 ) )
33	10, 13, 12, 28, 32	lelttrd 8031	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( a / b ) < ( sqr ` 2 ) )
34	10, 12, 33	gtapd 8543	. . . . . 6 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ a <_ 0 ) -> ( sqr ` 2 ) # ( a / b ) )
35	3	adantr 274	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ 0 < a ) -> a e. ZZ )
36		simpr 109	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ 0 < a ) -> 0 < a )
37		elnnz 9209	. . . . . . . 8 |- ( a e. NN <-> ( a e. ZZ /\ 0 < a ) )
38	35, 36, 37	sylanbrc 415	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ 0 < a ) -> a e. NN )
39	5	adantr 274	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ 0 < a ) -> b e. NN )
40		sqrt2irraplemnn 12120	. . . . . . 7 |- ( ( a e. NN /\ b e. NN ) -> ( sqr ` 2 ) # ( a / b ) )
41	38, 39, 40	syl2anc 409	. . . . . 6 |- ( ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) /\ 0 < a ) -> ( sqr ` 2 ) # ( a / b ) )
42		0z 9210	. . . . . . . . 9 |- 0 e. ZZ
43		zlelttric 9244	. . . . . . . . 9 |- ( ( a e. ZZ /\ 0 e. ZZ ) -> ( a <_ 0 \/ 0 < a ) )
44	42, 43	mpan2 423	. . . . . . . 8 |- ( a e. ZZ -> ( a <_ 0 \/ 0 < a ) )
45	44	ad2antrl 487	. . . . . . 7 |- ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) -> ( a <_ 0 \/ 0 < a ) )
46	45	adantr 274	. . . . . 6 |- ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) -> ( a <_ 0 \/ 0 < a ) )
47	34, 41, 46	mpjaodan 793	. . . . 5 |- ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) -> ( sqr ` 2 ) # ( a / b ) )
48		simpr 109	. . . . 5 |- ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) -> Q = ( a / b ) )
49	47, 48	breqtrrd 4015	. . . 4 |- ( ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) /\ Q = ( a / b ) ) -> ( sqr ` 2 ) # Q )
50	49	ex 114	. . 3 |- ( ( Q e. QQ /\ ( a e. ZZ /\ b e. NN ) ) -> ( Q = ( a / b ) -> ( sqr ` 2 ) # Q ) )
51	50	rexlimdvva 2595	. 2 |- ( Q e. QQ -> ( E. a e. ZZ E. b e. NN Q = ( a / b ) -> ( sqr ` 2 ) # Q ) )
52	2, 51	mpd 13	1 |- ( Q e. QQ -> ( sqr ` 2 ) # Q )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   \/ wo 703   = wceq 1348   e. wcel 2141   E.wrex 2449   class class class wbr 3987   ` cfv 5196  (class class class)co 5850   RRcr 7760   0cc0 7761   1c1 7762   x. cmul 7766   < clt 7941   <_ cle 7942   # cap 8487   / cdiv 8576   NNcn 8865   2c2 8916   ZZcz 9199   QQcq 9565   sqrcsqrt 10947

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4102  ax-sep 4105  ax-nul 4113  ax-pow 4158  ax-pr 4192  ax-un 4416  ax-setind 4519  ax-iinf 4570  ax-cnex 7852  ax-resscn 7853  ax-1cn 7854  ax-1re 7855  ax-icn 7856  ax-addcl 7857  ax-addrcl 7858  ax-mulcl 7859  ax-mulrcl 7860  ax-addcom 7861  ax-mulcom 7862  ax-addass 7863  ax-mulass 7864  ax-distr 7865  ax-i2m1 7866  ax-0lt1 7867  ax-1rid 7868  ax-0id 7869  ax-rnegex 7870  ax-precex 7871  ax-cnre 7872  ax-pre-ltirr 7873  ax-pre-ltwlin 7874  ax-pre-lttrn 7875  ax-pre-apti 7876  ax-pre-ltadd 7877  ax-pre-mulgt0 7878  ax-pre-mulext 7879  ax-arch 7880  ax-caucvg 7881

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 826  df-dc 830  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-xor 1371  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rmo 2456  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-if 3526  df-pw 3566  df-sn 3587  df-pr 3588  df-op 3590  df-uni 3795  df-int 3830  df-iun 3873  df-br 3988  df-opab 4049  df-mpt 4050  df-tr 4086  df-id 4276  df-po 4279  df-iso 4280  df-iord 4349  df-on 4351  df-ilim 4352  df-suc 4354  df-iom 4573  df-xp 4615  df-rel 4616  df-cnv 4617  df-co 4618  df-dm 4619  df-rn 4620  df-res 4621  df-ima 4622  df-iota 5158  df-fun 5198  df-fn 5199  df-f 5200  df-f1 5201  df-fo 5202  df-f1o 5203  df-fv 5204  df-riota 5806  df-ov 5853  df-oprab 5854  df-mpo 5855  df-1st 6116  df-2nd 6117  df-recs 6281  df-frec 6367  df-1o 6392  df-2o 6393  df-er 6509  df-en 6715  df-sup 6957  df-pnf 7943  df-mnf 7944  df-xr 7945  df-ltxr 7946  df-le 7947  df-sub 8079  df-neg 8080  df-reap 8481  df-ap 8488  df-div 8577  df-inn 8866  df-2 8924  df-3 8925  df-4 8926  df-n0 9123  df-z 9200  df-uz 9475  df-q 9566  df-rp 9598  df-fz 9953  df-fzo 10086  df-fl 10213  df-mod 10266  df-seqfrec 10389  df-exp 10463  df-cj 10793  df-re 10794  df-im 10795  df-rsqrt 10949  df-abs 10950  df-dvds 11737  df-gcd 11885  df-prm 12049

This theorem is referenced by:  2irrexpqap  13649