Theorem sqrt2irrap 12163

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 12145. (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 9611	. . 3 ⊢ (𝑄 ∈ ℚ ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏))
2	1	biimpi 120	. 2 ⊢ (𝑄 ∈ ℚ → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏))
3		simplrl 535	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → 𝑎 ∈ ℤ)
4	3	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ∈ ℤ)
5		simplrr 536	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → 𝑏 ∈ ℕ)
6	5	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 ∈ ℕ)
7		znq 9613	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (𝑎 / 𝑏) ∈ ℚ)
8		qre 9614	. . . . . . . . 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 411	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) ∈ ℝ)
11		sqrt2re 12146	. . . . . . . 8 ⊢ (√‘2) ∈ ℝ
12	11	a1i 9	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (√‘2) ∈ ℝ)
13		0red 7949	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 0 ∈ ℝ)
14	4	zcnd 9365	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ∈ ℂ)
15	6	nncnd 8922	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 ∈ ℂ)
16	6	nnap0d 8954	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 # 0)
17	14, 15, 16	divrecapd 8739	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) = (𝑎 · (1 / 𝑏)))
18	4	zred 9364	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ∈ ℝ)
19	6	nnrecred 8955	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (1 / 𝑏) ∈ ℝ)
20		simpr 110	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑎 ≤ 0)
21		1red 7963	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 1 ∈ ℝ)
22	6	nnrpd 9681	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 𝑏 ∈ ℝ+)
23		0le1 8428	. . . . . . . . . . . 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 9724	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → 0 ≤ (1 / 𝑏))
26		mulle0r 8890	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑎 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝑏) ∈ ℝ) ∧ (𝑎 ≤ 0 ∧ 0 ≤ (1 / 𝑏))) → (𝑎 · (1 / 𝑏)) ≤ 0)
27	18, 19, 20, 25, 26	syl22anc 1239	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 · (1 / 𝑏)) ≤ 0)
28	17, 27	eqbrtrd 4022	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) ≤ 0)
29		2re 8978	. . . . . . . . . 10 ⊢ 2 ∈ ℝ
30		2pos 8999	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 < 2
31	29, 30	sqrtgt0ii 11124	. . . . . . . . 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 8072	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (𝑎 / 𝑏) < (√‘2))
34	10, 12, 33	gtapd 8584	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 𝑎 ≤ 0) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
35	3	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 𝑎 ∈ ℤ)
36		simpr 110	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 0 < 𝑎)
37		elnnz 9252	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ ↔ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 0 < 𝑎))
38	35, 36, 37	sylanbrc 417	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 𝑎 ∈ ℕ)
39	5	adantr 276	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → 𝑏 ∈ ℕ)
40		sqrt2irraplemnn 12162	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
41	38, 39, 40	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) ∧ 0 < 𝑎) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
42		0z 9253	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℤ
43		zlelttric 9287	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ) → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
44	42, 43	mpan2 425	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 ∈ ℤ → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
45	44	ad2antrl 490	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
46	45	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → (𝑎 ≤ 0 ∨ 0 < 𝑎))
47	34, 41, 46	mpjaodan 798	. . . . 5 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → (√‘2) # (𝑎 / 𝑏))
48		simpr 110	. . . . 5 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → 𝑄 = (𝑎 / 𝑏))
49	47, 48	breqtrrd 4028	. . . 4 ⊢ (((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) ∧ 𝑄 = (𝑎 / 𝑏)) → (√‘2) # 𝑄)
50	49	ex 115	. . 3 ⊢ ((𝑄 ∈ ℚ ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (𝑄 = (𝑎 / 𝑏) → (√‘2) # 𝑄))
51	50	rexlimdvva 2602	. 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 104   ∨ wo 708   = wceq 1353   ∈ wcel 2148  ∃wrex 2456   class class class wbr 4000  ‘cfv 5212  (class class class)co 5869  ℝcr 7801  0cc0 7802  1c1 7803   · cmul 7807   < clt 7982   ≤ cle 7983   # cap 8528   / cdiv 8618  ℕcn 8908  2c2 8959  ℤcz 9242  ℚcq 9608  √csqrt 10989

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4115  ax-sep 4118  ax-nul 4126  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-iinf 4584  ax-cnex 7893  ax-resscn 7894  ax-1cn 7895  ax-1re 7896  ax-icn 7897  ax-addcl 7898  ax-addrcl 7899  ax-mulcl 7900  ax-mulrcl 7901  ax-addcom 7902  ax-mulcom 7903  ax-addass 7904  ax-mulass 7905  ax-distr 7906  ax-i2m1 7907  ax-0lt1 7908  ax-1rid 7909  ax-0id 7910  ax-rnegex 7911  ax-precex 7912  ax-cnre 7913  ax-pre-ltirr 7914  ax-pre-ltwlin 7915  ax-pre-lttrn 7916  ax-pre-apti 7917  ax-pre-ltadd 7918  ax-pre-mulgt0 7919  ax-pre-mulext 7920  ax-arch 7921  ax-caucvg 7922

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 831  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-xor 1376  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-int 3843  df-iun 3886  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-tr 4099  df-id 4290  df-po 4293  df-iso 4294  df-iord 4363  df-on 4365  df-ilim 4366  df-suc 4368  df-iom 4587  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-res 4635  df-ima 4636  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-f1 5217  df-fo 5218  df-f1o 5219  df-fv 5220  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1st 6135  df-2nd 6136  df-recs 6300  df-frec 6386  df-1o 6411  df-2o 6412  df-er 6529  df-en 6735  df-sup 6977  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-xr 7986  df-ltxr 7987  df-le 7988  df-sub 8120  df-neg 8121  df-reap 8522  df-ap 8529  df-div 8619  df-inn 8909  df-2 8967  df-3 8968  df-4 8969  df-n0 9166  df-z 9243  df-uz 9518  df-q 9609  df-rp 9641  df-fz 9996  df-fzo 10129  df-fl 10256  df-mod 10309  df-seqfrec 10432  df-exp 10506  df-cj 10835  df-re 10836  df-im 10837  df-rsqrt 10991  df-abs 10992  df-dvds 11779  df-gcd 11927  df-prm 12091

This theorem is referenced by:  2irrexpqap  14063