Theorem 2sqr3nconstr 34480

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 2763	. . . 4 ⊢ (deg1‘(ℂfld ↾s ℚ)) = (deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))
2		eqid 2763	. . . 4 ⊢ (ℂfld minPoly ℚ) = (ℂfld minPoly ℚ)
3		2cnd 12445	. . . . 5 ⊢ (⊤ → 2 ∈ ℂ)
4		3cn 12448	. . . . . . 7 ⊢ 3 ∈ ℂ
5		3ne0 12476	. . . . . . 7 ⊢ 3 ≠ 0
6	4, 5	reccli 12071	. . . . . 6 ⊢ (1 / 3) ∈ ℂ
7	6	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (⊤ → (1 / 3) ∈ ℂ)
8	3, 7	cxpcld 27063	. . . 4 ⊢ (⊤ → (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ ℂ)
9		eqidd 2764	. . . 4 ⊢ (⊤ → ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))) = ((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3))))
10		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℂfld ↾s ℚ) = (ℂfld ↾s ℚ)
11		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))) = (-g‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))
12		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))) = (.g‘(mulGrp‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))))
13		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)) = (Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))
14		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ))) = (algSc‘(Poly1‘(ℂfld ↾s ℚ)))
15		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (var1‘(ℂfld ↾s ℚ)) = (var1‘(ℂfld ↾s ℚ))
16		eqid 2763	. . . . . . . . . 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 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2↑𝑐(1 / 3)) = (2↑𝑐(1 / 3))
18	10, 11, 12, 13, 14, 15, 1, 16, 17, 2	2sqr3minply 34479	. . . . . . . . 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 6908	. . . . . . 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 2788	. . . . . 6 ⊢ ((deg1‘(ℂfld ↾s ℚ))‘((ℂfld minPoly ℚ)‘(2↑𝑐(1 / 3)))) = 3
23		3nn0 12648	. . . . . 6 ⊢ 3 ∈ ℕ0
24	22, 23	eqeltri 2860	. . . . 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 12753	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ∈ ℤ
28		iddvds 16465	. . . . . . . . . . 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 5145	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 = (2↑𝑛)) → 3 ∥ (2↑𝑛))
32		3prm 16895	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ∈ ℙ
33		2prm 16893	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℙ
34		prmdvdsexpr 16919	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((3 ∈ ℙ ∧ 2 ∈ ℙ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (3 ∥ (2↑𝑛) → 3 = 2))
35	32, 33, 34	mp3an12 1481	. . . . . . . . . 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 12441	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℝ
39		2lt3 12540	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 < 3
40	38, 39	gtneii 11446	. . . . . . . . . 10 ⊢ 3 ≠ 2
41	40	neii 2961	. . . . . . . . 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 2966	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 3 ≠ (2↑𝑛))
45	26, 44	eqnetrd 3026	. . . . 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 34473	. . 3 ⊢ (⊤ → ¬ (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ Constr)
48	47	mptru 1577	. 2 ⊢ ¬ (2↑𝑐(1 / 3)) ∈ Constr
49	48	nelir 3068	1 ⊢ (2↑𝑐(1 / 3)) ∉ Constr

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570  ⊤wtru 1571   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959   ∉ wnel 3065   class class class wbr 5106  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  ℂcc 11222  1c1 11225   / cdiv 11997  2c2 12421  3c3 12422  ℕ₀cn0 12630  ℤcz 12717  ℚcq 13099  ↑cexp 14228   ∥ cdvds 16448  ℙcprime 16872   ↾_s cress 17434  -_gcsg 19172  ._gcmg 19303  mulGrpcmgp 20387  ℂ_fldccnfld 21705  algSccascl 22187  var₁cv1 22521  Poly₁cpl1 22522  deg₁cdg1 26399  ↑_𝑐ccxp 26910   minPoly cminply 34398  Constrcconstr 34428

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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-inf2 9666  ax-ac2 10565  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302  ax-addf 11303  ax-mulf 11304

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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-isom 6564  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-of 7714  df-ofr 7715  df-rpss 7760  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-supp 8202  df-tpos 8268  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-1o 8501  df-2o 8502  df-oadd 8505  df-er 8742  df-ec 8744  df-qs 8748  df-map 8874  df-pm 8875  df-ixp 8951  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-fsupp 9379  df-fi 9427  df-sup 9458  df-inf 9459  df-oi 9528  df-dju 10006  df-card 10044  df-acn 10047  df-ac 10219  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-4 12431  df-5 12432  df-6 12433  df-7 12434  df-8 12435  df-9 12436  df-n0 12631  df-xnn0 12704  df-z 12718  df-dec 12839  df-uz 12990  df-q 13100  df-rp 13145  df-xneg 13265  df-xadd 13266  df-xmul 13267  df-ioo 13504  df-ioc 13505  df-ico 13506  df-icc 13507  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-fl 13956  df-mod 14034  df-seq 14169  df-exp 14229  df-fac 14442  df-bc 14471  df-hash 14499  df-word 14683  df-lsw 14732  df-concat 14740  df-s1 14767  df-substr 14814  df-pfx 14846  df-shft 15246  df-cj 15292  df-re 15293  df-im 15294  df-sqrt 15428  df-abs 15429  df-limsup 15664  df-clim 15681  df-rlim 15682  df-sum 15880  df-ef 16259  df-sin 16261  df-cos 16262  df-pi 16264  df-dvds 16449  df-gcd 16691  df-prm 16873  df-numer 16937  df-denom 16938  df-pc 17041  df-struct 17351  df-sets 17368  df-slot 17386  df-ndx 17398  df-base 17414  df-ress 17435  df-plusg 17467  df-mulr 17468  df-starv 17469  df-sca 17470  df-vsca 17471  df-ip 17472  df-tset 17473  df-ple 17474  df-ocomp 17475  df-ds 17476  df-unif 17477  df-hom 17478  df-cco 17479  df-rest 17619  df-topn 17620  df-0g 17638  df-gsum 17639  df-topgen 17640  df-pt 17641  df-prds 17644  df-pws 17646  df-xrs 17700  df-qtop 17705  df-imas 17706  df-qus 17707  df-xps 17708  df-mre 17782  df-mrc 17783  df-mri 17784  df-acs 17785  df-proset 18494  df-drs 18495  df-poset 18513  df-ipo 18728  df-chn 18806  df-mgm 18842  df-sgrp 18934  df-mnd 18950  df-mhm 19004  df-submnd 19005  df-grp 19173  df-minusg 19174  df-sbg 19175  df-mulg 19304  df-subg 19359  df-nsg 19360  df-eqg 19361  df-ghm 19454  df-gim 19499  df-cntz 19558  df-oppg 19587  df-lsm 19877  df-cmn 20023  df-abl 20024  df-mgp 20388  df-rng 20402  df-ur 20435  df-srg 20440  df-ring 20488  df-cring 20489  df-oppr 20594  df-dvdsr 20614  df-unit 20615  df-irred 20616  df-invr 20645  df-dvr 20658  df-rhm 20729  df-nzr 20790  df-subrng 20825  df-subrg 20849  df-rlreg 20973  df-domn 20974  df-idom 20975  df-drng 21009  df-field 21010  df-sdrg 21071  df-lmod 21164  df-lss 21234  df-lsp 21274  df-lmhm 21324  df-lmim 21325  df-lmic 21326  df-lbs 21377  df-lvec 21405  df-sra 21475  df-rgmod 21476  df-lidl 21513  df-rsp 21514  df-2idl 21570  df-lpidl 21673  df-lpir 21674  df-pid 21688  df-psmet 21697  df-xmet 21698  df-met 21699  df-bl 21700  df-mopn 21701  df-fbas 21702  df-fg 21703  df-cnfld 21706  df-dsmm 22065  df-frlm 22080  df-uvc 22116  df-lindf 22139  df-linds 22140  df-assa 22188  df-asp 22189  df-ascl 22190  df-psr 22244  df-mvr 22245  df-mpl 22246  df-opsr 22248  df-evls 22410  df-evl 22411  df-psr1 22525  df-vr1 22526  df-ply1 22527  df-coe1 22528  df-evls1 22660  df-evl1 22661  df-top 23239  df-topon 23256  df-topsp 23278  df-bases 23291  df-cld 23364  df-ntr 23365  df-cls 23366  df-nei 23443  df-lp 23481  df-perf 23482  df-cn 23572  df-cnp 23573  df-haus 23660  df-tx 23908  df-hmeo 24101  df-fil 24192  df-fm 24284  df-flim 24285  df-flf 24286  df-xms 24666  df-ms 24667  df-tms 24668  df-cncf 25226  df-limc 26213  df-dv 26214  df-mdeg 26400  df-deg1 26401  df-mon1 26476  df-uc1p 26477  df-q1p 26478  df-r1p 26479  df-ig1p 26480  df-log 26911  df-cxp 26912  df-fldgen 33940  df-mxidl 34052  df-dim 34299  df-fldext 34340  df-extdg 34341  df-irng 34383  df-minply 34399  df-constr 34429

This theorem is used by: (None)