Theorem irrdiff 37998

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 786	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝐴 ∈ ℝ)
2		simpllr 787	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
3		simplrl 788	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ∈ ℚ)
4		simplrr 789	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑟 ∈ ℚ)
5		simpr 489	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ≠ 𝑟)
6	1, 2, 3, 4, 5	irrdifflemf 37997	. . . 4 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))
7	6	ex 417	. . 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 780	. . . 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 11531	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
11		recn 11196	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℂ)
12		1cnd 11208	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℂ)
13	11, 12	negsubd 11581	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) = (𝐴 − 1))
14		neg1lt0 12212	. . . . . . . . 9 ⊢ -1 < 0
15		0lt1 11742	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 < 1
16		neg1rr 12210	. . . . . . . . . 10 ⊢ -1 ∈ ℝ
17		0re 11216	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 ∈ ℝ
18		1re 11214	. . . . . . . . . 10 ⊢ 1 ∈ ℝ
19	16, 17, 18	lttri 11342	. . . . . . . . 9 ⊢ ((-1 < 0 ∧ 0 < 1) → -1 < 1)
20	14, 15, 19	mp2an 704	. . . . . . . 8 ⊢ -1 < 1
21	16	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℝ)
22		1red 11215	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ)
23		id 23	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
24	21, 22, 23	ltadd2d 11372	. . . . . . . 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 5134	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) < (𝐴 + 1))
27	10, 26	ltned 11352	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
28	27	ad2antrr 738	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
29		1z 12630	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℤ
30		zq 12984	. . . . . . 7 ⊢ (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
31	29, 30	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℚ
32		qsubcl 12998	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
33	31, 32	mpan2 703	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
34		qaddcl 12995	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
35	31, 34	mpan2 703	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
36	35	adantl 486	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
37		simpl 487	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑞 = (𝐴 − 1))
38		simpr 489	. . . . . . . 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 7420	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
41	40	adantr 485	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
42	41	fveq2d 6885	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))))
43		oveq2 7420	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
44	43	adantl 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
45	44	fveq2d 6885	. . . . . . . 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 3590	. . . . 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 698	. . . 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 11580	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
53	52	fveq2d 6885	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
54	11, 12	subnegd 11582	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − -1) = (𝐴 + 1))
55	54	oveq2d 7428	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
56	21	recnd 11243	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℂ)
57	11, 56	nncand 11580	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = -1)
58	55, 57	eqtr3d 2799	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
59	58	fveq2d 6885	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
60	12	absnegd 15510	. . . . . . 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 738	. . 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 828	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
66	8, 65	impbida 812	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 400   = wceq 1569   ∈ wcel 2142   ≠ wne 2957  ∀wral 3078   class class class wbr 5108  ‘cfv 6536  (class class class)co 7412  ℝcr 11105  0cc0 11106  1c1 11107   + caddc 11109   < clt 11249   − cmin 11447  -cneg 11448  ℤcz 12597  ℚcq 12978  abscabs 15292

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1824  ax-4 1838  ax-5 1939  ax-6 1996  ax-7 2037  ax-8 2144  ax-9 2152  ax-10 2175  ax-11 2191  ax-12 2212  ax-ext 2734  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pow 5335  ax-pr 5403  ax-un 7734  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183  ax-pre-sup 11184

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1103  df-3an 1104  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1809  df-nf 1813  df-sb 2096  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 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3456  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4595  df-uni 4872  df-iun 4957  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5555  df-eprel 5560  df-po 5568  df-so 5569  df-fr 5613  df-we 5615  df-xp 5666  df-rel 5667  df-cnv 5668  df-co 5669  df-dm 5670  df-rn 5671  df-res 5672  df-ima 5673  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7861  df-1st 7984  df-2nd 7985  df-frecs 8276  df-wrecs 8307  df-recs 8356  df-rdg 8395  df-er 8692  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-sup 9400  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11449  df-neg 11450  df-div 11878  df-nn 12240  df-2 12309  df-3 12310  df-n0 12511  df-z 12598  df-uz 12869  df-q 12979  df-rp 13023  df-seq 14045  df-exp 14105  df-cj 15157  df-re 15158  df-im 15159  df-sqrt 15293  df-abs 15294

This theorem is used by:  qdiffALT  38000