Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  2sqr3nconstr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 2sqr3nconstr 33771
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
StepHypRef Expression
1 eqid 2729 . . . 4 (deg1‘(ℂflds ℚ)) = (deg1‘(ℂflds ℚ))
2 eqid 2729 . . . 4 (ℂfld minPoly ℚ) = (ℂfld minPoly ℚ)
3 2cnd 12264 . . . . 5 (⊤ → 2 ∈ ℂ)
4 3cn 12267 . . . . . . 7 3 ∈ ℂ
5 3ne0 12292 . . . . . . 7 3 ≠ 0
64, 5reccli 11912 . . . . . 6 (1 / 3) ∈ ℂ
76a1i 11 . . . . 5 (⊤ → (1 / 3) ∈ ℂ)
83, 7cxpcld 26617 . . . 4 (⊤ → (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ ℂ)
9 eqidd 2730 . . . 4 (⊤ → ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))))
10 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (ℂflds ℚ) = (ℂflds ℚ)
11 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))) = (-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))
12 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))) = (.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))
13 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (Poly1‘(ℂflds ℚ)) = (Poly1‘(ℂflds ℚ))
14 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))) = (algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))
15 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (var1‘(ℂflds ℚ)) = (var1‘(ℂflds ℚ))
16 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 ((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2)) = ((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2))
17 eqid 2729 . . . . . . . . . 10 (2↑𝑐(1 / 3)) = (2↑𝑐(1 / 3))
1810, 11, 12, 13, 14, 15, 1, 16, 17, 22sqr3minply 33770 . . . . . . . . 9 (((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2)) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))) ∧ ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2))) = 3)
1918simpli 483 . . . . . . . 8 ((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2)) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))
2019fveq2i 6861 . . . . . . 7 ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2))) = ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))))
2118simpri 485 . . . . . . 7 ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((3(.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂflds ℚ))))(var1‘(ℂflds ℚ)))(-g‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))((algSc‘(Poly1‘(ℂflds ℚ)))‘2))) = 3
2220, 21eqtr3i 2754 . . . . . 6 ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) = 3
23 3nn0 12460 . . . . . 6 3 ∈ ℕ0
2422, 23eqeltri 2824 . . . . 5 ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ∈ ℕ0
2524a1i 11 . . . 4 (⊤ → ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ∈ ℕ0)
2622a1i 11 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ0 → ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) = 3)
27 3z 12566 . . . . . . . . . . 11 3 ∈ ℤ
28 iddvds 16239 . . . . . . . . . . 11 (3 ∈ ℤ → 3 ∥ 3)
2927, 28ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 3 ∥ 3
30 simpr 484 . . . . . . . . . 10 ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 = (2↑𝑛))
3129, 30breqtrid 5144 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 ∥ (2↑𝑛))
32 3prm 16664 . . . . . . . . . . 11 3 ∈ ℙ
33 2prm 16662 . . . . . . . . . . 11 2 ∈ ℙ
34 prmdvdsexpr 16687 . . . . . . . . . . 11 ((3 ∈ ℙ ∧ 2 ∈ ℙ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (3 ∥ (2↑𝑛) → 3 = 2))
3532, 33, 34mp3an12 1453 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ0 → (3 ∥ (2↑𝑛) → 3 = 2))
3635imp 406 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ (2↑𝑛)) → 3 = 2)
3731, 36syldan 591 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 = 2)
38 2re 12260 . . . . . . . . . . 11 2 ∈ ℝ
39 2lt3 12353 . . . . . . . . . . 11 2 < 3
4038, 39gtneii 11286 . . . . . . . . . 10 3 ≠ 2
4140neii 2927 . . . . . . . . 9 ¬ 3 = 2
4241a1i 11 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → ¬ 3 = 2)
4337, 42pm2.65da 816 . . . . . . 7 (𝑛 ∈ ℕ0 → ¬ 3 = (2↑𝑛))
4443neqned 2932 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ0 → 3 ≠ (2↑𝑛))
4526, 44eqnetrd 2992 . . . . 5 (𝑛 ∈ ℕ0 → ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ≠ (2↑𝑛))
4645adantl 481 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((deg1‘(ℂflds ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) ≠ (2↑𝑛))
471, 2, 8, 9, 25, 46constrcon 33764 . . 3 (⊤ → ¬ (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ Constr)
4847mptru 1547 . 2 ¬ (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ Constr
4948nelir 3032 1 (2↑𝑐(1 / 3)) ∉ Constr
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395   = wceq 1540  wtru 1541  wcel 2109  wne 2925  wnel 3029   class class class wbr 5107  cfv 6511  (class class class)co 7387  cc 11066  1c1 11069   / cdiv 11835  2c2 12241  3c3 12242  0cn0 12442  cz 12529  cq 12907  cexp 14026  cdvds 16222  cprime 16641  s cress 17200  -gcsg 18867  .gcmg 18999  mulGrpcmgp 20049  fldccnfld 21264  algSccascl 21761  var1cv1 22060  Poly1cpl1 22061  deg1cdg1 25959  𝑐ccxp 26464   minPoly cminply 33689  Constrcconstr 33719
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5234  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5320  ax-pr 5387  ax-un 7711  ax-reg 9545  ax-inf2 9594  ax-ac2 10416  ax-cnex 11124  ax-resscn 11125  ax-1cn 11126  ax-icn 11127  ax-addcl 11128  ax-addrcl 11129  ax-mulcl 11130  ax-mulrcl 11131  ax-mulcom 11132  ax-addass 11133  ax-mulass 11134  ax-distr 11135  ax-i2m1 11136  ax-1ne0 11137  ax-1rid 11138  ax-rnegex 11139  ax-rrecex 11140  ax-cnre 11141  ax-pre-lttri 11142  ax-pre-lttrn 11143  ax-pre-ltadd 11144  ax-pre-mulgt0 11145  ax-pre-sup 11146  ax-addf 11147  ax-mulf 11148
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3354  df-reu 3355  df-rab 3406  df-v 3449  df-sbc 3754  df-csb 3863  df-dif 3917  df-un 3919  df-in 3921  df-ss 3931  df-pss 3934  df-nul 4297  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4590  df-pr 4592  df-tp 4594  df-op 4596  df-uni 4872  df-int 4911  df-iun 4957  df-iin 4958  df-br 5108  df-opab 5170  df-mpt 5189  df-tr 5215  df-id 5533  df-eprel 5538  df-po 5546  df-so 5547  df-fr 5591  df-se 5592  df-we 5593  df-xp 5644  df-rel 5645  df-cnv 5646  df-co 5647  df-dm 5648  df-rn 5649  df-res 5650  df-ima 5651  df-pred 6274  df-ord 6335  df-on 6336  df-lim 6337  df-suc 6338  df-iota 6464  df-fun 6513  df-fn 6514  df-f 6515  df-f1 6516  df-fo 6517  df-f1o 6518  df-fv 6519  df-isom 6520  df-riota 7344  df-ov 7390  df-oprab 7391  df-mpo 7392  df-of 7653  df-ofr 7654  df-rpss 7699  df-om 7843  df-1st 7968  df-2nd 7969  df-supp 8140  df-tpos 8205  df-frecs 8260  df-wrecs 8291  df-recs 8340  df-rdg 8378  df-1o 8434  df-2o 8435  df-oadd 8438  df-er 8671  df-ec 8673  df-qs 8677  df-map 8801  df-pm 8802  df-ixp 8871  df-en 8919  df-dom 8920  df-sdom 8921  df-fin 8922  df-fsupp 9313  df-fi 9362  df-sup 9393  df-inf 9394  df-oi 9463  df-r1 9717  df-rank 9718  df-dju 9854  df-card 9892  df-acn 9895  df-ac 10069  df-pnf 11210  df-mnf 11211  df-xr 11212  df-ltxr 11213  df-le 11214  df-sub 11407  df-neg 11408  df-div 11836  df-nn 12187  df-2 12249  df-3 12250  df-4 12251  df-5 12252  df-6 12253  df-7 12254  df-8 12255  df-9 12256  df-n0 12443  df-xnn0 12516  df-z 12530  df-dec 12650  df-uz 12794  df-q 12908  df-rp 12952  df-xneg 13072  df-xadd 13073  df-xmul 13074  df-ioo 13310  df-ioc 13311  df-ico 13312  df-icc 13313  df-fz 13469  df-fzo 13616  df-fl 13754  df-mod 13832  df-seq 13967  df-exp 14027  df-fac 14239  df-bc 14268  df-hash 14296  df-word 14479  df-lsw 14528  df-concat 14536  df-s1 14561  df-substr 14606  df-pfx 14636  df-shft 15033  df-cj 15065  df-re 15066  df-im 15067  df-sqrt 15201  df-abs 15202  df-limsup 15437  df-clim 15454  df-rlim 15455  df-sum 15653  df-ef 16033  df-sin 16035  df-cos 16036  df-pi 16038  df-dvds 16223  df-gcd 16465  df-prm 16642  df-numer 16705  df-denom 16706  df-pc 16808  df-struct 17117  df-sets 17134  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-ress 17201  df-plusg 17233  df-mulr 17234  df-starv 17235  df-sca 17236  df-vsca 17237  df-ip 17238  df-tset 17239  df-ple 17240  df-ocomp 17241  df-ds 17242  df-unif 17243  df-hom 17244  df-cco 17245  df-rest 17385  df-topn 17386  df-0g 17404  df-gsum 17405  df-topgen 17406  df-pt 17407  df-prds 17410  df-pws 17412  df-xrs 17465  df-qtop 17470  df-imas 17471  df-qus 17472  df-xps 17473  df-mre 17547  df-mrc 17548  df-mri 17549  df-acs 17550  df-proset 18255  df-drs 18256  df-poset 18274  df-ipo 18487  df-mgm 18567  df-sgrp 18646  df-mnd 18662  df-mhm 18710  df-submnd 18711  df-grp 18868  df-minusg 18869  df-sbg 18870  df-mulg 19000  df-subg 19055  df-nsg 19056  df-eqg 19057  df-ghm 19145  df-gim 19191  df-cntz 19249  df-oppg 19278  df-lsm 19566  df-cmn 19712  df-abl 19713  df-mgp 20050  df-rng 20062  df-ur 20091  df-srg 20096  df-ring 20144  df-cring 20145  df-oppr 20246  df-dvdsr 20266  df-unit 20267  df-irred 20268  df-invr 20297  df-dvr 20310  df-rhm 20381  df-nzr 20422  df-subrng 20455  df-subrg 20479  df-rlreg 20603  df-domn 20604  df-idom 20605  df-drng 20640  df-field 20641  df-sdrg 20696  df-lmod 20768  df-lss 20838  df-lsp 20878  df-lmhm 20929  df-lmim 20930  df-lmic 20931  df-lbs 20982  df-lvec 21010  df-sra 21080  df-rgmod 21081  df-lidl 21118  df-rsp 21119  df-2idl 21160  df-lpidl 21232  df-lpir 21233  df-pid 21247  df-psmet 21256  df-xmet 21257  df-met 21258  df-bl 21259  df-mopn 21260  df-fbas 21261  df-fg 21262  df-cnfld 21265  df-dsmm 21641  df-frlm 21656  df-uvc 21692  df-lindf 21715  df-linds 21716  df-assa 21762  df-asp 21763  df-ascl 21764  df-psr 21818  df-mvr 21819  df-mpl 21820  df-opsr 21822  df-evls 21981  df-evl 21982  df-psr1 22064  df-vr1 22065  df-ply1 22066  df-coe1 22067  df-evls1 22202  df-evl1 22203  df-top 22781  df-topon 22798  df-topsp 22820  df-bases 22833  df-cld 22906  df-ntr 22907  df-cls 22908  df-nei 22985  df-lp 23023  df-perf 23024  df-cn 23114  df-cnp 23115  df-haus 23202  df-tx 23449  df-hmeo 23642  df-fil 23733  df-fm 23825  df-flim 23826  df-flf 23827  df-xms 24208  df-ms 24209  df-tms 24210  df-cncf 24771  df-limc 25767  df-dv 25768  df-mdeg 25960  df-deg1 25961  df-mon1 26036  df-uc1p 26037  df-q1p 26038  df-r1p 26039  df-ig1p 26040  df-log 26465  df-cxp 26466  df-chn 32931  df-fldgen 33261  df-mxidl 33431  df-dim 33595  df-fldext 33637  df-extdg 33638  df-irng 33679  df-minply 33690  df-constr 33720
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator