Theorem irrdiff 38080

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 787	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝐴 ∈ ℝ)
2		simpllr 788	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
3		simplrl 789	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ∈ ℚ)
4		simplrr 790	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑟 ∈ ℚ)
5		simpr 490	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ≠ 𝑟)
6	1, 2, 3, 4, 5	irrdifflemf 38079	. . . 4 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))
7	6	ex 418	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) → (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
8	7	ralrimivva 3207	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) → ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
9		simplr 781	. . . 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 11552	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
11		recn 11217	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℂ)
12		1cnd 11229	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℂ)
13	11, 12	negsubd 11602	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) = (𝐴 − 1))
14		neg1lt0 12233	. . . . . . . . 9 ⊢ -1 < 0
15		0lt1 11763	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 < 1
16		neg1rr 12231	. . . . . . . . . 10 ⊢ -1 ∈ ℝ
17		0re 11237	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 ∈ ℝ
18		1re 11235	. . . . . . . . . 10 ⊢ 1 ∈ ℝ
19	16, 17, 18	lttri 11363	. . . . . . . . 9 ⊢ ((-1 < 0 ∧ 0 < 1) → -1 < 1)
20	14, 15, 19	mp2an 705	. . . . . . . 8 ⊢ -1 < 1
21	16	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℝ)
22		1red 11236	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ)
23		id 23	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
24	21, 22, 23	ltadd2d 11393	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (-1 < 1 ↔ (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1)))
25	20, 24	mpbii 236	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1))
26	13, 25	eqbrtrrd 5133	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) < (𝐴 + 1))
27	10, 26	ltned 11373	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
28	27	ad2antrr 739	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
29		1z 12651	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℤ
30		zq 13006	. . . . . . 7 ⊢ (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
31	29, 30	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℚ
32		qsubcl 13020	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
33	31, 32	mpan2 704	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
34		qaddcl 13017	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
35	31, 34	mpan2 704	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
36	35	adantl 487	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
37		simpl 488	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑞 = (𝐴 − 1))
38		simpr 490	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑟 = (𝐴 + 1))
39	37, 38	neeq12d 3018	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝑞 ≠ 𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1)))
40		oveq2 7424	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
41	40	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
42	41	fveq2d 6886	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))))
43		oveq2 7424	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
44	43	adantl 487	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
45	44	fveq2d 6886	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑟)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
46	42, 45	neeq12d 3018	. . . . . . 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 347	. . . . . 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 3589	. . . . 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 699	. . . 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 50	. . 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 2966	. . . . 5 ⊢ ¬ (abs‘1) ≠ (abs‘1)
52	11, 12	nncand 11601	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
53	52	fveq2d 6886	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
54	11, 12	subnegd 11603	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − -1) = (𝐴 + 1))
55	54	oveq2d 7432	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
56	21	recnd 11264	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℂ)
57	11, 56	nncand 11601	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = -1)
58	55, 57	eqtr3d 2799	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
59	58	fveq2d 6886	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
60	12	absnegd 15541	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘-1) = (abs‘1))
61	59, 60	eqtrd 2797	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘1))
62	53, 61	neeq12d 3018	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ((abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) ↔ (abs‘1) ≠ (abs‘1)))
63	51, 62	mtbiri 330	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ¬ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
64	63	ad2antrr 739	. . 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 829	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
66	8, 65	impbida 813	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (¬ 𝐴 ∈ ℚ ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957  ∀wral 3078   class class class wbr 5107  ‘cfv 6537  (class class class)co 7416  ℝcr 11126  0cc0 11127  1c1 11128   + caddc 11130   < clt 11270   − cmin 11468  -cneg 11469  ℤcz 12618  ℚcq 13000  abscabs 15323

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-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7739  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

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-op 4594  df-uni 4871  df-iun 4956  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-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-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7866  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-er 8699  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-sup 9415  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-n0 12532  df-z 12619  df-uz 12891  df-q 13001  df-rp 13045  df-seq 14068  df-exp 14128  df-cj 15188  df-re 15189  df-im 15190  df-sqrt 15324  df-abs 15325

This theorem is used by:  qdiffALT  38082