Theorem 2irrexpqap 15660

Description: There exist real numbers 𝑎 and 𝑏 which are irrational (in the sense of being apart from any rational number) such that (𝑎↑𝑏) is rational. Statement in the Metamath book, section 1.1.5, footnote 27 on page 17, and the "constructive proof" for theorem 1.2 of [Bauer], p. 483. This is a constructive proof because it is based on two explicitly named irrational numbers (√‘2) and (2 log_b 9), see sqrt2irrap 12710, 2logb9irrap 15659 and sqrt2cxp2logb9e3 15657. Therefore, this proof is acceptable/usable in intuitionistic logic. (Contributed by Jim Kingdon, 12-Jul-2024.)

Assertion

Ref	Expression
2irrexpqap	⊢ ∃𝑎 ∈ ℝ ∃𝑏 ∈ ℝ (∀𝑝 ∈ ℚ 𝑎 # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ∧ (𝑎↑𝑐𝑏) ∈ ℚ)

Distinct variable groups:   𝑎,𝑏,𝑝   𝑞,𝑎,𝑏

Proof of Theorem 2irrexpqap

Step	Hyp	Ref	Expression
1		sqrt2re 12693	. 2 ⊢ (√‘2) ∈ ℝ
2		2logb9irr 15653	. . 3 ⊢ (2 logb 9) ∈ (ℝ ∖ ℚ)
3		eldifi 3326	. . 3 ⊢ ((2 logb 9) ∈ (ℝ ∖ ℚ) → (2 logb 9) ∈ ℝ)
4	2, 3	ax-mp 5	. 2 ⊢ (2 logb 9) ∈ ℝ
5		sqrt2irrap 12710	. . . 4 ⊢ (𝑝 ∈ ℚ → (√‘2) # 𝑝)
6	5	rgen 2583	. . 3 ⊢ ∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝
7		2logb9irrap 15659	. . . 4 ⊢ (𝑞 ∈ ℚ → (2 logb 9) # 𝑞)
8	7	rgen 2583	. . 3 ⊢ ∀𝑞 ∈ ℚ (2 logb 9) # 𝑞
9		sqrt2cxp2logb9e3 15657	. . . 4 ⊢ ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)) = 3
10		3z 9483	. . . . 5 ⊢ 3 ∈ ℤ
11		zq 9829	. . . . 5 ⊢ (3 ∈ ℤ → 3 ∈ ℚ)
12	10, 11	ax-mp 5	. . . 4 ⊢ 3 ∈ ℚ
13	9, 12	eqeltri 2302	. . 3 ⊢ ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)) ∈ ℚ
14	6, 8, 13	3pm3.2i 1199	. 2 ⊢ (∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ (2 logb 9) # 𝑞 ∧ ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)) ∈ ℚ)
15		breq1 4086	. . . . 5 ⊢ (𝑎 = (√‘2) → (𝑎 # 𝑝 ↔ (√‘2) # 𝑝))
16	15	ralbidv 2530	. . . 4 ⊢ (𝑎 = (√‘2) → (∀𝑝 ∈ ℚ 𝑎 # 𝑝 ↔ ∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝))
17		biidd 172	. . . 4 ⊢ (𝑎 = (√‘2) → (∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞))
18		oveq1 6014	. . . . 5 ⊢ (𝑎 = (√‘2) → (𝑎↑𝑐𝑏) = ((√‘2)↑𝑐𝑏))
19	18	eleq1d 2298	. . . 4 ⊢ (𝑎 = (√‘2) → ((𝑎↑𝑐𝑏) ∈ ℚ ↔ ((√‘2)↑𝑐𝑏) ∈ ℚ))
20	16, 17, 19	3anbi123d 1346	. . 3 ⊢ (𝑎 = (√‘2) → ((∀𝑝 ∈ ℚ 𝑎 # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ∧ (𝑎↑𝑐𝑏) ∈ ℚ) ↔ (∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ∧ ((√‘2)↑𝑐𝑏) ∈ ℚ)))
21		biidd 172	. . . 4 ⊢ (𝑏 = (2 logb 9) → (∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝 ↔ ∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝))
22		breq1 4086	. . . . 5 ⊢ (𝑏 = (2 logb 9) → (𝑏 # 𝑞 ↔ (2 logb 9) # 𝑞))
23	22	ralbidv 2530	. . . 4 ⊢ (𝑏 = (2 logb 9) → (∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ (2 logb 9) # 𝑞))
24		oveq2 6015	. . . . 5 ⊢ (𝑏 = (2 logb 9) → ((√‘2)↑𝑐𝑏) = ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)))
25	24	eleq1d 2298	. . . 4 ⊢ (𝑏 = (2 logb 9) → (((√‘2)↑𝑐𝑏) ∈ ℚ ↔ ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)) ∈ ℚ))
26	21, 23, 25	3anbi123d 1346	. . 3 ⊢ (𝑏 = (2 logb 9) → ((∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ∧ ((√‘2)↑𝑐𝑏) ∈ ℚ) ↔ (∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ (2 logb 9) # 𝑞 ∧ ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)) ∈ ℚ)))
27	20, 26	rspc2ev 2922	. 2 ⊢ (((√‘2) ∈ ℝ ∧ (2 logb 9) ∈ ℝ ∧ (∀𝑝 ∈ ℚ (√‘2) # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ (2 logb 9) # 𝑞 ∧ ((√‘2)↑𝑐(2 logb 9)) ∈ ℚ)) → ∃𝑎 ∈ ℝ ∃𝑏 ∈ ℝ (∀𝑝 ∈ ℚ 𝑎 # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ∧ (𝑎↑𝑐𝑏) ∈ ℚ))
28	1, 4, 14, 27	mp3an 1371	1 ⊢ ∃𝑎 ∈ ℝ ∃𝑏 ∈ ℝ (∀𝑝 ∈ ℚ 𝑎 # 𝑝 ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ 𝑏 # 𝑞 ∧ (𝑎↑𝑐𝑏) ∈ ℚ)

Syntax hints:   ∧ w3a 1002   = wceq 1395   ∈ wcel 2200  ∀wral 2508  ∃wrex 2509   ∖ cdif 3194   class class class wbr 4083  ‘cfv 5318  (class class class)co 6007  ℝcr 8006   # cap 8736  2c2 9169  3c3 9170  9c9 9176  ℤcz 9454  ℚcq 9822  √csqrt 11515  ↑_𝑐ccxp 15539   log_b clogb 15625

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-coll 4199  ax-sep 4202  ax-nul 4210  ax-pow 4258  ax-pr 4293  ax-un 4524  ax-setind 4629  ax-iinf 4680  ax-cnex 8098  ax-resscn 8099  ax-1cn 8100  ax-1re 8101  ax-icn 8102  ax-addcl 8103  ax-addrcl 8104  ax-mulcl 8105  ax-mulrcl 8106  ax-addcom 8107  ax-mulcom 8108  ax-addass 8109  ax-mulass 8110  ax-distr 8111  ax-i2m1 8112  ax-0lt1 8113  ax-1rid 8114  ax-0id 8115  ax-rnegex 8116  ax-precex 8117  ax-cnre 8118  ax-pre-ltirr 8119  ax-pre-ltwlin 8120  ax-pre-lttrn 8121  ax-pre-apti 8122  ax-pre-ltadd 8123  ax-pre-mulgt0 8124  ax-pre-mulext 8125  ax-arch 8126  ax-caucvg 8127  ax-pre-suploc 8128  ax-addf 8129  ax-mulf 8130

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 836  df-dc 840  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-xor 1418  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-nul 3492  df-if 3603  df-pw 3651  df-sn 3672  df-pr 3673  df-op 3675  df-uni 3889  df-int 3924  df-iun 3967  df-disj 4060  df-br 4084  df-opab 4146  df-mpt 4147  df-tr 4183  df-id 4384  df-po 4387  df-iso 4388  df-iord 4457  df-on 4459  df-ilim 4460  df-suc 4462  df-iom 4683  df-xp 4725  df-rel 4726  df-cnv 4727  df-co 4728  df-dm 4729  df-rn 4730  df-res 4731  df-ima 4732  df-iota 5278  df-fun 5320  df-fn 5321  df-f 5322  df-f1 5323  df-fo 5324  df-f1o 5325  df-fv 5326  df-isom 5327  df-riota 5960  df-ov 6010  df-oprab 6011  df-mpo 6012  df-of 6224  df-1st 6292  df-2nd 6293  df-recs 6457  df-irdg 6522  df-frec 6543  df-1o 6568  df-2o 6569  df-oadd 6572  df-er 6688  df-map 6805  df-pm 6806  df-en 6896  df-dom 6897  df-fin 6898  df-sup 7159  df-inf 7160  df-pnf 8191  df-mnf 8192  df-xr 8193  df-ltxr 8194  df-le 8195  df-sub 8327  df-neg 8328  df-reap 8730  df-ap 8737  df-div 8828  df-inn 9119  df-2 9177  df-3 9178  df-4 9179  df-5 9180  df-6 9181  df-7 9182  df-8 9183  df-9 9184  df-n0 9378  df-z 9455  df-uz 9731  df-q 9823  df-rp 9858  df-xneg 9976  df-xadd 9977  df-ioo 10096  df-ico 10098  df-icc 10099  df-fz 10213  df-fzo 10347  df-fl 10498  df-mod 10553  df-seqfrec 10678  df-exp 10769  df-fac 10956  df-bc 10978  df-ihash 11006  df-shft 11334  df-cj 11361  df-re 11362  df-im 11363  df-rsqrt 11517  df-abs 11518  df-clim 11798  df-sumdc 11873  df-ef 12167  df-e 12168  df-dvds 12307  df-gcd 12483  df-prm 12638  df-rest 13282  df-topgen 13301  df-psmet 14515  df-xmet 14516  df-met 14517  df-bl 14518  df-mopn 14519  df-top 14680  df-topon 14693  df-bases 14725  df-ntr 14778  df-cn 14870  df-cnp 14871  df-tx 14935  df-cncf 15253  df-limced 15338  df-dvap 15339  df-relog 15540  df-rpcxp 15541  df-logb 15626

This theorem is referenced by: (None)