Users' Mathboxes Mathbox for Jim Kingdon < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  irrdiff Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem irrdiff 37570
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 (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))))
Distinct variable group:   𝐴,𝑞,𝑟

Proof of Theorem irrdiff
StepHypRef Expression
1 simplll 775 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞𝑟) → 𝐴 ∈ ℝ)
2 simpllr 776 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞𝑟) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
3 simplrl 777 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞𝑟) → 𝑞 ∈ ℚ)
4 simplrr 778 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞𝑟) → 𝑟 ∈ ℚ)
5 simpr 484 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞𝑟) → 𝑞𝑟)
61, 2, 3, 4, 5irrdifflemf 37569 . . . 4 ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞𝑟) → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))
76ex 412 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) → (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟))))
87ralrimivva 3181 . 2 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) → ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟))))
9 simplr 769 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟))))
10 peano2rem 11460 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
11 recn 11128 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℂ)
12 1cnd 11139 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℂ)
1311, 12negsubd 11510 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) = (𝐴 − 1))
14 neg1lt0 12145 . . . . . . . . 9 -1 < 0
15 0lt1 11671 . . . . . . . . 9 0 < 1
16 neg1rr 12143 . . . . . . . . . 10 -1 ∈ ℝ
17 0re 11146 . . . . . . . . . 10 0 ∈ ℝ
18 1re 11144 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℝ
1916, 17, 18lttri 11271 . . . . . . . . 9 ((-1 < 0 ∧ 0 < 1) → -1 < 1)
2014, 15, 19mp2an 693 . . . . . . . 8 -1 < 1
2116a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℝ)
22 1red 11145 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ)
23 id 22 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
2421, 22, 23ltadd2d 11301 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ → (-1 < 1 ↔ (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1)))
2520, 24mpbii 233 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1))
2613, 25eqbrtrrd 5124 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) < (𝐴 + 1))
2710, 26ltned 11281 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
2827ad2antrr 727 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
29 1z 12533 . . . . . . 7 1 ∈ ℤ
30 zq 12879 . . . . . . 7 (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
3129, 30ax-mp 5 . . . . . 6 1 ∈ ℚ
32 qsubcl 12893 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
3331, 32mpan2 692 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
34 qaddcl 12890 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
3531, 34mpan2 692 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
3635adantl 481 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) ∧ 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))
3937, 38neeq12d 2994 . . . . . . 7 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝑞𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1)))
40 oveq2 7376 . . . . . . . . . 10 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
4140adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
4241fveq2d 6846 . . . . . . . 8 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))))
43 oveq2 7376 . . . . . . . . . 10 (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
4443adantl 481 . . . . . . . . 9 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
4544fveq2d 6846 . . . . . . . 8 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴𝑟)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
4642, 45neeq12d 2994 . . . . . . 7 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → ((abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1)))))
4739, 46imbi12d 344 . . . . . 6 ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → ((𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟))) ↔ ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
4847rspc2gv 3588 . . . . 5 (((𝐴 − 1) ∈ ℚ ∧ (𝐴 + 1) ∈ ℚ) → (∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟))) → ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
4933, 36, 48syl2an2 687 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟))) → ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
509, 28, 49mp2d 49 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
51 neirr 2942 . . . . 5 ¬ (abs‘1) ≠ (abs‘1)
5211, 12nncand 11509 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
5352fveq2d 6846 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
5411, 12subnegd 11511 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − -1) = (𝐴 + 1))
5554oveq2d 7384 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
5621recnd 11172 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℂ)
5711, 56nncand 11509 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = -1)
5855, 57eqtr3d 2774 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
5958fveq2d 6846 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
6012absnegd 15387 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘-1) = (abs‘1))
6159, 60eqtrd 2772 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘1))
6253, 61neeq12d 2994 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℝ → ((abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) ↔ (abs‘1) ≠ (abs‘1)))
6351, 62mtbiri 327 . . . 4 (𝐴 ∈ ℝ → ¬ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
6463ad2antrr 727 . . 3 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → ¬ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
6550, 64pm2.65da 817 . 2 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
668, 65impbida 801 1 (𝐴 ∈ ℝ → (¬ 𝐴 ∈ ℚ ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 → (abs‘(𝐴𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴𝑟)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 206  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2933  wral 3052   class class class wbr 5100  cfv 6500  (class class class)co 7368  cr 11037  0cc0 11038  1c1 11039   + caddc 11041   < clt 11178  cmin 11376  -cneg 11377  cz 12500  cq 12873  abscabs 15169
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 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  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 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-sup 9357  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-div 11807  df-nn 12158  df-2 12220  df-3 12221  df-n0 12414  df-z 12501  df-uz 12764  df-q 12874  df-rp 12918  df-seq 13937  df-exp 13997  df-cj 15034  df-re 15035  df-im 15036  df-sqrt 15170  df-abs 15171
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator