Theorem 2sqr3nconstr 34278

Description: Doubling the cube is an impossible construction, i.e. the cube root of 2 is not constructible with straightedge and compass. Given a cube of edge of length one, a cube of double volume would have an edge of length (2↑_𝑐(1 / 3)), however that number is not constructible. This is the first part of Metamath 100 proof #8. Theorem 7.13 of [Stewart] p. 99. (Contributed by Thierry Arnoux and Saveliy Skresanov, 26-Oct-2025.)

Assertion

Ref	Expression
2sqr3nconstr	⊢ (2↑𝑐(1 / 3)) ∉ Constr

Proof of Theorem 2sqr3nconstr

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2762	. . . 4 ⊢ (deg1‘(ℂfld ↾s ℚ)) = (deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))
2		eqid 2762	. . . 4 ⊢ (ℂfld minPoly ℚ) = (ℂfld minPoly ℚ)
3		2cnd 12346	. . . . 5 ⊢ (⊤ → 2 ∈ ℂ)
4		3cn 12349	. . . . . . 7 ⊢ 3 ∈ ℂ
5		3ne0 12377	. . . . . . 7 ⊢ 3 ≠ 0
6	4, 5	reccli 11972	. . . . . 6 ⊢ (1 / 3) ∈ ℂ
7	6	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (⊤ → (1 / 3) ∈ ℂ)
8	3, 7	cxpcld 26943	. . . 4 ⊢ (⊤ → (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ ℂ)
9		eqidd 2763	. . . 4 ⊢ (⊤ → ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))))
10		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℂfld ↾s ℚ) = (ℂfld ↾s ℚ)
11		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))) = (-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))
12		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))) = (.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))
13		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)) = (Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))
14		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))) = (algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))
15		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (var1‘(ℂfld ↾s ℚ)) = (var1‘(ℂfld ↾s ℚ))
16		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2)) = ((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2))
17		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2↑𝑐(1 / 3)) = (2↑𝑐(1 / 3))
18	10, 11, 12, 13, 14, 15, 1, 16, 17, 2	2sqr3minply 34277	. . . . . . . . 9 ⊢ (((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2)) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))) ∧ ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2))) = 3)
19	18	simpli 489	. . . . . . . 8 ⊢ ((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2)) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))
20	19	fveq2i 6885	. . . . . . 7 ⊢ ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2))) = ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))))
21	18	simpri 491	. . . . . . 7 ⊢ ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))(var1‘(ℂfld ↾s ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))‘2))) = 3
22	20, 21	eqtr3i 2787	. . . . . 6 ⊢ ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) = 3
23		3nn0 12549	. . . . . 6 ⊢ 3 ∈ ℕ0
24	22, 23	eqeltri 2858	. . . . 5 ⊢ ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ∈ ℕ0
25	24	a1i 11	. . . 4 ⊢ (⊤ → ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ∈ ℕ0)
26	22	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) = 3)
27		3z 12654	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ∈ ℤ
28		iddvds 16363	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (3 ∈ ℤ → 3 ∥ 3)
29	27, 28	ax-mp 5	. . . . . . . . . 10 ⊢ 3 ∥ 3
30		simpr 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 = (2↑𝑛))
31	29, 30	breqtrid 5146	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 ∥ (2↑𝑛))
32		3prm 16788	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ∈ ℙ
33		2prm 16786	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℙ
34		prmdvdsexpr 16812	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((3 ∈ ℙ ∧ 2 ∈ ℙ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (3 ∥ (2↑𝑛) → 3 = 2))
35	32, 33, 34	mp3an12 1480	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (3 ∥ (2↑𝑛) → 3 = 2))
36	35	imp 412	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ (2↑𝑛)) → 3 = 2)
37	31, 36	syldan 603	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 = 2)
38		2re 12342	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℝ
39		2lt3 12441	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 < 3
40	38, 39	gtneii 11349	. . . . . . . . . 10 ⊢ 3 ≠ 2
41	40	neii 2959	. . . . . . . . 9 ⊢ ¬ 3 = 2
42	41	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → ¬ 3 = 2)
43	37, 42	pm2.65da 829	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ¬ 3 = (2↑𝑛))
44	43	neqned 2964	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 3 ≠ (2↑𝑛))
45	26, 44	eqnetrd 3024	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ≠ (2↑𝑛))
46	45	adantl 487	. . . 4 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ≠ (2↑𝑛))
47	1, 2, 8, 9, 25, 46	constrcon 34271	. . 3 ⊢ (⊤ → ¬ (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ Constr)
48	47	mptru 1577	. 2 ⊢ ¬ (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ Constr
49	48	nelir 3066	1 ⊢ (2↑𝑐(1 / 3)) ∉ Constr

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570  ⊤wtru 1571   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957   ∉ wnel 3063   class class class wbr 5107  ‘cfv 6537  (class class class)co 7416  ℂcc 11125  1c1 11128   / cdiv 11898  2c2 12322  3c3 12323  ℕ₀cn0 12531  ℤcz 12618  ℚcq 13000  ↑cexp 14127   ∥ cdvds 16346  ℙcprime 16765   ↾_s cress 17326  -_gcsg 19060  ._gcmg 19191  mulGrpcmgp 20274  ℂ_fldccnfld 21586  algSccascl 22068  var₁cv1 22402  Poly₁cpl1 22403  deg₁cdg1 26281  ↑_𝑐ccxp 26790   minPoly cminply 34196  Constrcconstr 34226

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7739  ax-reg 9567  ax-inf2 9623  ax-ac2 10468  ax-cnex 11183  ax-resscn 11184  ax-1cn 11185  ax-icn 11186  ax-addcl 11187  ax-addrcl 11188  ax-mulcl 11189  ax-mulrcl 11190  ax-mulcom 11191  ax-addass 11192  ax-mulass 11193  ax-distr 11194  ax-i2m1 11195  ax-1ne0 11196  ax-1rid 11197  ax-rnegex 11198  ax-rrecex 11199  ax-cnre 11200  ax-pre-lttri 11201  ax-pre-lttrn 11202  ax-pre-ltadd 11203  ax-pre-mulgt0 11204  ax-pre-sup 11205  ax-addf 11206  ax-mulf 11207

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-tp 4592  df-op 4594  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-se 5613  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-of 7681  df-ofr 7682  df-rpss 7727  df-om 7866  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-supp 8162  df-tpos 8227  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8458  df-2o 8459  df-oadd 8462  df-er 8699  df-ec 8701  df-qs 8705  df-map 8831  df-pm 8832  df-ixp 8908  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-fin 8959  df-fsupp 9335  df-fi 9384  df-sup 9415  df-inf 9416  df-oi 9485  df-r1 9749  df-rank 9750  df-scott 9871  df-dju 9909  df-card 9947  df-acn 9950  df-ac 10122  df-pnf 11272  df-mnf 11273  df-xr 11274  df-ltxr 11275  df-le 11276  df-sub 11470  df-neg 11471  df-div 11899  df-nn 12261  df-2 12330  df-3 12331  df-4 12332  df-5 12333  df-6 12334  df-7 12335  df-8 12336  df-9 12337  df-n0 12532  df-xnn0 12605  df-z 12619  df-dec 12740  df-uz 12891  df-q 13001  df-rp 13045  df-xneg 13165  df-xadd 13166  df-xmul 13167  df-ioo 13404  df-ioc 13405  df-ico 13406  df-icc 13407  df-fz 13564  df-fzo 13712  df-fl 13855  df-mod 13933  df-seq 14068  df-exp 14128  df-fac 14340  df-bc 14369  df-hash 14397  df-word 14581  df-lsw 14630  df-concat 14638  df-s1 14665  df-substr 14711  df-pfx 14743  df-shft 15142  df-cj 15188  df-re 15189  df-im 15190  df-sqrt 15324  df-abs 15325  df-limsup 15560  df-clim 15577  df-rlim 15578  df-sum 15776  df-ef 16157  df-sin 16159  df-cos 16160  df-pi 16162  df-dvds 16347  df-gcd 16589  df-prm 16766  df-numer 16830  df-denom 16831  df-pc 16933  df-struct 17243  df-sets 17260  df-slot 17278  df-ndx 17290  df-base 17306  df-ress 17327  df-plusg 17359  df-mulr 17360  df-starv 17361  df-sca 17362  df-vsca 17363  df-ip 17364  df-tset 17365  df-ple 17366  df-ocomp 17367  df-ds 17368  df-unif 17369  df-hom 17370  df-cco 17371  df-rest 17511  df-topn 17512  df-0g 17530  df-gsum 17531  df-topgen 17532  df-pt 17533  df-prds 17536  df-pws 17538  df-xrs 17592  df-qtop 17597  df-imas 17598  df-qus 17599  df-xps 17600  df-mre 17674  df-mrc 17675  df-mri 17676  df-acs 17677  df-proset 18386  df-drs 18387  df-poset 18405  df-ipo 18620  df-chn 18698  df-mgm 18734  df-sgrp 18823  df-mnd 18839  df-mhm 18892  df-submnd 18893  df-grp 19061  df-minusg 19062  df-sbg 19063  df-mulg 19192  df-subg 19247  df-nsg 19248  df-eqg 19249  df-ghm 19342  df-gim 19387  df-cntz 19445  df-oppg 19474  df-lsm 19764  df-cmn 19910  df-abl 19911  df-mgp 20275  df-rng 20289  df-ur 20322  df-srg 20327  df-ring 20375  df-cring 20376  df-oppr 20479  df-dvdsr 20499  df-unit 20500  df-irred 20501  df-invr 20530  df-dvr 20543  df-rhm 20614  df-nzr 20674  df-subrng 20709  df-subrg 20733  df-rlreg 20857  df-domn 20858  df-idom 20859  df-drng 20893  df-field 20894  df-sdrg 20954  df-lmod 21047  df-lss 21117  df-lsp 21157  df-lmhm 21207  df-lmim 21208  df-lmic 21209  df-lbs 21260  df-lvec 21288  df-sra 21358  df-rgmod 21359  df-lidl 21396  df-rsp 21397  df-2idl 21453  df-lpidl 21554  df-lpir 21555  df-pid 21569  df-psmet 21578  df-xmet 21579  df-met 21580  df-bl 21581  df-mopn 21582  df-fbas 21583  df-fg 21584  df-cnfld 21587  df-dsmm 21946  df-frlm 21961  df-uvc 21997  df-lindf 22020  df-linds 22021  df-assa 22069  df-asp 22070  df-ascl 22071  df-psr 22125  df-mvr 22126  df-mpl 22127  df-opsr 22129  df-evls 22291  df-evl 22292  df-psr1 22406  df-vr1 22407  df-ply1 22408  df-coe1 22409  df-evls1 22541  df-evl1 22542  df-top 23120  df-topon 23137  df-topsp 23159  df-bases 23172  df-cld 23245  df-ntr 23246  df-cls 23247  df-nei 23324  df-lp 23362  df-perf 23363  df-cn 23453  df-cnp 23454  df-haus 23541  df-tx 23789  df-hmeo 23982  df-fil 24073  df-fm 24165  df-flim 24166  df-flf 24167  df-xms 24547  df-ms 24548  df-tms 24549  df-cncf 25107  df-limc 26095  df-dv 26096  df-mdeg 26282  df-deg1 26283  df-mon1 26358  df-uc1p 26359  df-q1p 26360  df-r1p 26361  df-ig1p 26362  df-log 26791  df-cxp 26792  df-fldgen 33739  df-mxidl 33850  df-dim 34097  df-fldext 34138  df-extdg 34139  df-irng 34181  df-minply 34197  df-constr 34227

This theorem is used by: (None)