Theorem irrdiff 37640

Description: The irrationals are exactly those reals that are a different distance from every rational. (Contributed by Jim Kingdon, 19-May-2024.)

Assertion

Ref	Expression
irrdiff	⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (¬ 𝐴 ∈ ℚ ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))))

Distinct variable group:   𝐴,𝑞,𝑟

Proof of Theorem irrdiff

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simplll 775	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝐴 ∈ ℝ)
2		simpllr 776	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
3		simplrl 777	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ∈ ℚ)
4		simplrr 778	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑟 ∈ ℚ)
5		simpr 484	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ≠ 𝑟)
6	1, 2, 3, 4, 5	irrdifflemf 37639	. . . 4 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))
7	6	ex 412	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) → (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
8	7	ralrimivva 3181	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) → ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
9		simplr 769	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
10		peano2rem 11461	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
11		recn 11128	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℂ)
12		1cnd 11139	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℂ)
13	11, 12	negsubd 11511	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) = (𝐴 − 1))
14		neg1lt0 12147	. . . . . . . . 9 ⊢ -1 < 0
15		0lt1 11672	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 < 1
16		neg1rr 12145	. . . . . . . . . 10 ⊢ -1 ∈ ℝ
17		0re 11146	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 ∈ ℝ
18		1re 11144	. . . . . . . . . 10 ⊢ 1 ∈ ℝ
19	16, 17, 18	lttri 11272	. . . . . . . . 9 ⊢ ((-1 < 0 ∧ 0 < 1) → -1 < 1)
20	14, 15, 19	mp2an 693	. . . . . . . 8 ⊢ -1 < 1
21	16	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℝ)
22		1red 11145	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ)
23		id 22	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
24	21, 22, 23	ltadd2d 11302	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (-1 < 1 ↔ (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1)))
25	20, 24	mpbii 233	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1))
26	13, 25	eqbrtrrd 5110	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) < (𝐴 + 1))
27	10, 26	ltned 11282	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
28	27	ad2antrr 727	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
29		1z 12557	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℤ
30		zq 12904	. . . . . . 7 ⊢ (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
31	29, 30	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℚ
32		qsubcl 12918	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
33	31, 32	mpan2 692	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
34		qaddcl 12915	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
35	31, 34	mpan2 692	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
36	35	adantl 481	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
37		simpl 482	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑞 = (𝐴 − 1))
38		simpr 484	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑟 = (𝐴 + 1))
39	37, 38	neeq12d 2994	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝑞 ≠ 𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1)))
40		oveq2 7375	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
41	40	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
42	41	fveq2d 6845	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))))
43		oveq2 7375	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
44	43	adantl 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
45	44	fveq2d 6845	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑟)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
46	42, 45	neeq12d 2994	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → ((abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1)))))
47	39, 46	imbi12d 344	. . . . . 6 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → ((𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))) ↔ ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
48	47	rspc2gv 3575	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 − 1) ∈ ℚ ∧ (𝐴 + 1) ∈ ℚ) → (∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))) → ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
49	33, 36, 48	syl2an2 687	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))) → ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
50	9, 28, 49	mp2d 49	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
51		neirr 2942	. . . . 5 ⊢ ¬ (abs‘1) ≠ (abs‘1)
52	11, 12	nncand 11510	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
53	52	fveq2d 6845	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
54	11, 12	subnegd 11512	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − -1) = (𝐴 + 1))
55	54	oveq2d 7383	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
56	21	recnd 11173	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℂ)
57	11, 56	nncand 11510	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = -1)
58	55, 57	eqtr3d 2774	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
59	58	fveq2d 6845	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
60	12	absnegd 15414	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘-1) = (abs‘1))
61	59, 60	eqtrd 2772	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘1))
62	53, 61	neeq12d 2994	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ((abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) ↔ (abs‘1) ≠ (abs‘1)))
63	51, 62	mtbiri 327	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ¬ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
64	63	ad2antrr 727	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ¬ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
65	50, 64	pm2.65da 817	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
66	8, 65	impbida 801	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (¬ 𝐴 ∈ ℚ ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2933  ∀wral 3052   class class class wbr 5086  ‘cfv 6499  (class class class)co 7367  ℝcr 11037  0cc0 11038  1c1 11039   + caddc 11041   < clt 11179   − cmin 11377  -cneg 11378  ℤcz 12524  ℚcq 12898  abscabs 15196

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5308  ax-pr 5376  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6266  df-ord 6327  df-on 6328  df-lim 6329  df-suc 6330  df-iota 6455  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-sup 9355  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-n0 12438  df-z 12525  df-uz 12789  df-q 12899  df-rp 12943  df-seq 13964  df-exp 14024  df-cj 15061  df-re 15062  df-im 15063  df-sqrt 15197  df-abs 15198

This theorem is referenced by:  qdiffALT  37642