Theorem flqeqceilz 10122

Description: A rational number is an integer iff its floor equals its ceiling. (Contributed by Jim Kingdon, 11-Oct-2021.)

Assertion

Ref	Expression
flqeqceilz	⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ (⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴)))

Proof of Theorem flqeqceilz

Step	Hyp	Ref	Expression
1		flid 10088	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → (⌊‘𝐴) = 𝐴)
2		ceilid 10119	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → (⌈‘𝐴) = 𝐴)
3	1, 2	eqtr4d 2176	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → (⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴))
4		flqcl 10077	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (⌊‘𝐴) ∈ ℤ)
5		zq 9445	. . . . . 6 ⊢ ((⌊‘𝐴) ∈ ℤ → (⌊‘𝐴) ∈ ℚ)
6	4, 5	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (⌊‘𝐴) ∈ ℚ)
7		qdceq 10055	. . . . 5 ⊢ (((⌊‘𝐴) ∈ ℚ ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → DECID (⌊‘𝐴) = 𝐴)
8	6, 7	mpancom 419	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → DECID (⌊‘𝐴) = 𝐴)
9		exmiddc 822	. . . 4 ⊢ (DECID (⌊‘𝐴) = 𝐴 → ((⌊‘𝐴) = 𝐴 ∨ ¬ (⌊‘𝐴) = 𝐴))
10	8, 9	syl 14	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) = 𝐴 ∨ ¬ (⌊‘𝐴) = 𝐴))
11		eqeq1 2147	. . . . . . 7 ⊢ ((⌊‘𝐴) = 𝐴 → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) ↔ 𝐴 = (⌈‘𝐴)))
12	11	adantr 274	. . . . . 6 ⊢ (((⌊‘𝐴) = 𝐴 ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) ↔ 𝐴 = (⌈‘𝐴)))
13		ceilqidz 10120	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ (⌈‘𝐴) = 𝐴))
14		eqcom 2142	. . . . . . . . 9 ⊢ ((⌈‘𝐴) = 𝐴 ↔ 𝐴 = (⌈‘𝐴))
15	13, 14	syl6bb 195	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ 𝐴 = (⌈‘𝐴)))
16	15	biimprd 157	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))
17	16	adantl 275	. . . . . 6 ⊢ (((⌊‘𝐴) = 𝐴 ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))
18	12, 17	sylbid 149	. . . . 5 ⊢ (((⌊‘𝐴) = 𝐴 ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))
19	18	ex 114	. . . 4 ⊢ ((⌊‘𝐴) = 𝐴 → (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ)))
20		flqle 10082	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (⌊‘𝐴) ≤ 𝐴)
21		df-ne 2310	. . . . . 6 ⊢ ((⌊‘𝐴) ≠ 𝐴 ↔ ¬ (⌊‘𝐴) = 𝐴)
22		necom 2393	. . . . . . 7 ⊢ ((⌊‘𝐴) ≠ 𝐴 ↔ 𝐴 ≠ (⌊‘𝐴))
23		qltlen 9459	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((⌊‘𝐴) ∈ ℚ ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 ↔ ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≠ (⌊‘𝐴))))
24	6, 23	mpancom 419	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 ↔ ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≠ (⌊‘𝐴))))
25		breq1 3940	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 ↔ (⌈‘𝐴) < 𝐴))
26	25	adantl 275	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ (⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴)) → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 ↔ (⌈‘𝐴) < 𝐴))
27		ceilqge 10114	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ≤ (⌈‘𝐴))
28		qre 9444	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℝ)
29		ceilqcl 10112	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (⌈‘𝐴) ∈ ℤ)
30	29	zred 9197	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (⌈‘𝐴) ∈ ℝ)
31	28, 30	lenltd 7904	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ≤ (⌈‘𝐴) ↔ ¬ (⌈‘𝐴) < 𝐴))
32		pm2.21 607	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (¬ (⌈‘𝐴) < 𝐴 → ((⌈‘𝐴) < 𝐴 → 𝐴 ∈ ℤ))
33	31, 32	syl6bi 162	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ≤ (⌈‘𝐴) → ((⌈‘𝐴) < 𝐴 → 𝐴 ∈ ℤ)))
34	27, 33	mpd 13	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌈‘𝐴) < 𝐴 → 𝐴 ∈ ℤ))
35	34	adantr 274	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ (⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴)) → ((⌈‘𝐴) < 𝐴 → 𝐴 ∈ ℤ))
36	26, 35	sylbid 149	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ (⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴)) → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 → 𝐴 ∈ ℤ))
37	36	ex 114	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 → 𝐴 ∈ ℤ)))
38	37	com23 78	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) < 𝐴 → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ)))
39	24, 38	sylbird 169	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≠ (⌊‘𝐴)) → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ)))
40	39	expd 256	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 → (𝐴 ≠ (⌊‘𝐴) → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))))
41	40	com3r 79	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ≠ (⌊‘𝐴) → (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))))
42	22, 41	sylbi 120	. . . . . 6 ⊢ ((⌊‘𝐴) ≠ 𝐴 → (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))))
43	21, 42	sylbir 134	. . . . 5 ⊢ (¬ (⌊‘𝐴) = 𝐴 → (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))))
44	20, 43	mpdi 43	. . . 4 ⊢ (¬ (⌊‘𝐴) = 𝐴 → (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ)))
45	19, 44	jaoi 706	. . 3 ⊢ (((⌊‘𝐴) = 𝐴 ∨ ¬ (⌊‘𝐴) = 𝐴) → (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ)))
46	10, 45	mpcom 36	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → ((⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ))
47	3, 46	impbid2 142	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ (⌊‘𝐴) = (⌈‘𝐴)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   ∨ wo 698  DECID wdc 820   = wceq 1332   ∈ wcel 1481   ≠ wne 2309   class class class wbr 3937  ‘cfv 5131   < clt 7824   ≤ cle 7825  ℤcz 9078  ℚcq 9438  ⌊cfl 10072  ⌈cceil 10073

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 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1483  ax-10 1484  ax-11 1485  ax-i12 1486  ax-bndl 1487  ax-4 1488  ax-13 1492  ax-14 1493  ax-17 1507  ax-i9 1511  ax-ial 1515  ax-i5r 1516  ax-ext 2122  ax-sep 4054  ax-pow 4106  ax-pr 4139  ax-un 4363  ax-setind 4460  ax-cnex 7735  ax-resscn 7736  ax-1cn 7737  ax-1re 7738  ax-icn 7739  ax-addcl 7740  ax-addrcl 7741  ax-mulcl 7742  ax-mulrcl 7743  ax-addcom 7744  ax-mulcom 7745  ax-addass 7746  ax-mulass 7747  ax-distr 7748  ax-i2m1 7749  ax-0lt1 7750  ax-1rid 7751  ax-0id 7752  ax-rnegex 7753  ax-precex 7754  ax-cnre 7755  ax-pre-ltirr 7756  ax-pre-ltwlin 7757  ax-pre-lttrn 7758  ax-pre-apti 7759  ax-pre-ltadd 7760  ax-pre-mulgt0 7761  ax-pre-mulext 7762  ax-arch 7763

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1737  df-eu 2003  df-mo 2004  df-clab 2127  df-cleq 2133  df-clel 2136  df-nfc 2271  df-ne 2310  df-nel 2405  df-ral 2422  df-rex 2423  df-reu 2424  df-rmo 2425  df-rab 2426  df-v 2691  df-sbc 2914  df-csb 3008  df-dif 3078  df-un 3080  df-in 3082  df-ss 3089  df-pw 3517  df-sn 3538  df-pr 3539  df-op 3541  df-uni 3745  df-int 3780  df-iun 3823  df-br 3938  df-opab 3998  df-mpt 3999  df-id 4223  df-po 4226  df-iso 4227  df-xp 4553  df-rel 4554  df-cnv 4555  df-co 4556  df-dm 4557  df-rn 4558  df-res 4559  df-ima 4560  df-iota 5096  df-fun 5133  df-fn 5134  df-f 5135  df-fv 5139  df-riota 5738  df-ov 5785  df-oprab 5786  df-mpo 5787  df-1st 6046  df-2nd 6047  df-pnf 7826  df-mnf 7827  df-xr 7828  df-ltxr 7829  df-le 7830  df-sub 7959  df-neg 7960  df-reap 8361  df-ap 8368  df-div 8457  df-inn 8745  df-n0 9002  df-z 9079  df-q 9439  df-rp 9471  df-fl 10074  df-ceil 10075

This theorem is referenced by: (None)