Theorem sqrt2irrap 12112

Description: The square root of 2 is irrational. That is, for any rational number, (√‘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 12094. (Contributed by Jim Kingdon, 2-Oct-2021.)

Assertion

Ref	Expression
sqrt2irrap	⊢ (𝑄 ∈ ℚ → (√‘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 9560	. . 3 ⊢ (𝑄 ∈ ℚ ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏))
2	1	biimpi 119	. 2 ⊢ (𝑄 ∈ ℚ → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏))
3		simplrl 525	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → 𝑎 ∈ ℤ)
4	3	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ∈ ℤ)
5		simplrr 526	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → 𝑏 ∈ ℕ)
6	5	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 ∈ ℕ)
7		znq 9562	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (𝑎 / 𝑏) ∈ ℚ)
8		qre 9563	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 / 𝑏) ∈ ℚ → (𝑎 / 𝑏) ∈ ℝ)
9	7, 8	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (𝑎 / 𝑏) ∈ ℝ)
10	4, 6, 9	syl2anc 409	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) ∈ ℝ)
11		sqrt2re 12095	. . . . . . . 8 ⊢ (√‘2) ∈ ℝ
12	11	a1i 9	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (√‘2) ∈ ℝ)
13		0red 7900	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 0 ∈ ℝ)
14	4	zcnd 9314	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ∈ ℂ)
15	6	nncnd 8871	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 ∈ ℂ)
16	6	nnap0d 8903	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 # 0)
17	14, 15, 16	divrecapd 8689	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) = (𝑎 · (1 / 𝑏)))
18	4	zred 9313	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ∈ ℝ)
19	6	nnrecred 8904	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (1 / 𝑏) ∈ ℝ)
20		simpr 109	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ≤ 0)
21		1red 7914	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 1 ∈ ℝ)
22	6	nnrpd 9630	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 ∈ ℝ+)
23		0le1 8379	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ≤ 1
24	23	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 0 ≤ 1)
25	21, 22, 24	divge0d 9673	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 0 ≤ (1 / 𝑏))
26		mulle0r 8839	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑎 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝑏) ∈ ℝ) ∧ (𝑎 ≤ 0 ∧ 0 ≤ (1 / 𝑏))) → (𝑎 · (1 / 𝑏)) ≤ 0)
27	18, 19, 20, 25, 26	syl22anc 1229	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 · (1 / 𝑏)) ≤ 0)
28	17, 27	eqbrtrd 4004	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) ≤ 0)
29		2re 8927	. . . . . . . . . 10 ⊢ 2 ∈ ℝ
30		2pos 8948	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 < 2
31	29, 30	sqrtgt0ii 11073	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 < (√‘2)
32	31	a1i 9	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 0 < (√‘2))
33	10, 13, 12, 28, 32	lelttrd 8023	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) < (√‘2))
34	10, 12, 33	gtapd 8535	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
35	3	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 𝑎 ∈ ℤ)
36		simpr 109	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 0 < 𝑎)
37		elnnz 9201	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ ↔ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 0 < 𝑎))
38	35, 36, 37	sylanbrc 414	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 𝑎 ∈ ℕ)
39	5	adantr 274	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 𝑏 ∈ ℕ)
40		sqrt2irraplemnn 12111	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
41	38, 39, 40	syl2anc 409	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
42		0z 9202	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℤ
43		zlelttric 9236	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ) → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
44	42, 43	mpan2 422	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 ∈ ℤ → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
45	44	ad2antrl 482	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
46	45	adantr 274	. . . . . 6 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
47	34, 41, 46	mpjaodan 788	. . . . 5 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
48		simpr 109	. . . . 5 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → 𝑄 = (𝑎 / 𝑏))
49	47, 48	breqtrrd 4010	. . . 4 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → (√‘2) # 𝑄)
50	49	ex 114	. . 3 ⊢ ((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (𝑄 = (𝑎 / 𝑏) → (√‘2) # 𝑄))
51	50	rexlimdvva 2591	. 2 ⊢ (𝑄 ∈ ℚ → (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏) → (√‘2) # 𝑄))
52	2, 51	mpd 13	1 ⊢ (𝑄 ∈ ℚ → (√‘2) # 𝑄)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ∨ wo 698   = wceq 1343   ∈ wcel 2136  ∃wrex 2445   class class class wbr 3982  ‘cfv 5188  (class class class)co 5842  ℝcr 7752  0cc0 7753  1c1 7754   · cmul 7758   < clt 7933   ≤ cle 7934   # cap 8479   / cdiv 8568  ℕcn 8857  2c2 8908  ℤcz 9191  ℚcq 9557  √csqrt 10938

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 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-mulrcl 7852  ax-addcom 7853  ax-mulcom 7854  ax-addass 7855  ax-mulass 7856  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-1rid 7860  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-precex 7863  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869  ax-pre-mulgt0 7870  ax-pre-mulext 7871  ax-arch 7872  ax-caucvg 7873

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 821  df-dc 825  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-xor 1366  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-if 3521  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-po 4274  df-iso 4275  df-iord 4344  df-on 4346  df-ilim 4347  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1st 6108  df-2nd 6109  df-recs 6273  df-frec 6359  df-1o 6384  df-2o 6385  df-er 6501  df-en 6707  df-sup 6949  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-reap 8473  df-ap 8480  df-div 8569  df-inn 8858  df-2 8916  df-3 8917  df-4 8918  df-n0 9115  df-z 9192  df-uz 9467  df-q 9558  df-rp 9590  df-fz 9945  df-fzo 10078  df-fl 10205  df-mod 10258  df-seqfrec 10381  df-exp 10455  df-cj 10784  df-re 10785  df-im 10786  df-rsqrt 10940  df-abs 10941  df-dvds 11728  df-gcd 11876  df-prm 12040

This theorem is referenced by:  2irrexpqap  13536