Theorem irrdiff 37766

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 782	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝐴 ∈ ℝ)
2		simpllr 783	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
3		simplrl 784	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ∈ ℚ)
4		simplrr 785	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑟 ∈ ℚ)
5		simpr 487	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → 𝑞 ≠ 𝑟)
6	1, 2, 3, 4, 5	irrdifflemf 37765	. . . 4 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ 𝑞 ≠ 𝑟) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))
7	6	ex 415	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) → (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
8	7	ralrimivva 3199	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ ℚ) → ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟))))
9		simplr 776	. . . 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 11488	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ∈ ℝ)
11		recn 11153	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℂ)
12		1cnd 11165	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℂ)
13	11, 12	negsubd 11538	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) = (𝐴 − 1))
14		neg1lt0 12173	. . . . . . . . 9 ⊢ -1 < 0
15		0lt1 11699	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 < 1
16		neg1rr 12171	. . . . . . . . . 10 ⊢ -1 ∈ ℝ
17		0re 11173	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 ∈ ℝ
18		1re 11171	. . . . . . . . . 10 ⊢ 1 ∈ ℝ
19	16, 17, 18	lttri 11299	. . . . . . . . 9 ⊢ ((-1 < 0 ∧ 0 < 1) → -1 < 1)
20	14, 15, 19	mp2an 700	. . . . . . . 8 ⊢ -1 < 1
21	16	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℝ)
22		1red 11172	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ)
23		id 22	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
24	21, 22, 23	ltadd2d 11329	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (-1 < 1 ↔ (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1)))
25	20, 24	mpbii 235	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 + -1) < (𝐴 + 1))
26	13, 25	eqbrtrrd 5118	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) < (𝐴 + 1))
27	10, 26	ltned 11309	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
28	27	ad2antrr 734	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
29		1z 12591	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℤ
30		zq 12945	. . . . . . 7 ⊢ (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
31	29, 30	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℚ
32		qsubcl 12959	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
33	31, 32	mpan2 699	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
34		qaddcl 12956	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
35	31, 34	mpan2 699	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
36	35	adantl 484	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) ∧ 𝐴 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
37		simpl 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑞 = (𝐴 − 1))
38		simpr 487	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → 𝑟 = (𝐴 + 1))
39	37, 38	neeq12d 3012	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝑞 ≠ 𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1)))
40		oveq2 7393	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
41	40	adantr 483	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
42	41	fveq2d 6860	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))))
43		oveq2 7393	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
44	43	adantl 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (𝐴 − 𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
45	44	fveq2d 6860	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 = (𝐴 − 1) ∧ 𝑟 = (𝐴 + 1)) → (abs‘(𝐴 − 𝑟)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
46	42, 45	neeq12d 3012	. . . . . . 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 346	. . . . . 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 3586	. . . . 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 694	. . . 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 2960	. . . . 5 ⊢ ¬ (abs‘1) ≠ (abs‘1)
52	11, 12	nncand 11537	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
53	52	fveq2d 6860	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
54	11, 12	subnegd 11539	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − -1) = (𝐴 + 1))
55	54	oveq2d 7401	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
56	21	recnd 11200	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → -1 ∈ ℂ)
57	11, 56	nncand 11537	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 − -1)) = -1)
58	55, 57	eqtr3d 2793	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
59	58	fveq2d 6860	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
60	12	absnegd 15455	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘-1) = (abs‘1))
61	59, 60	eqtrd 2791	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘1))
62	53, 61	neeq12d 3012	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ((abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) ↔ (abs‘1) ≠ (abs‘1)))
63	51, 62	mtbiri 329	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ¬ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) ≠ (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
64	63	ad2antrr 734	. . 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 824	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
66	8, 65	impbida 808	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (¬ 𝐴 ∈ ℚ ↔ ∀𝑞 ∈ ℚ ∀𝑟 ∈ ℚ (𝑞 ≠ 𝑟 → (abs‘(𝐴 − 𝑞)) ≠ (abs‘(𝐴 − 𝑟)))))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 398   = wceq 1554   ∈ wcel 2136   ≠ wne 2951  ∀wral 3070   class class class wbr 5094  ‘cfv 6510  (class class class)co 7385  ℝcr 11062  0cc0 11063  1c1 11064   + caddc 11066   < clt 11206   − cmin 11404  -cneg 11405  ℤcz 12558  ℚcq 12939  abscabs 15237

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1809  ax-4 1823  ax-5 1924  ax-6 1981  ax-7 2022  ax-8 2138  ax-9 2146  ax-10 2169  ax-11 2185  ax-12 2206  ax-ext 2728  ax-sep 5240  ax-nul 5250  ax-pow 5316  ax-pr 5384  ax-un 7707  ax-cnex 11119  ax-resscn 11120  ax-1cn 11121  ax-icn 11122  ax-addcl 11123  ax-addrcl 11124  ax-mulcl 11125  ax-mulrcl 11126  ax-mulcom 11127  ax-addass 11128  ax-mulass 11129  ax-distr 11130  ax-i2m1 11131  ax-1ne0 11132  ax-1rid 11133  ax-rnegex 11134  ax-rrecex 11135  ax-cnre 11136  ax-pre-lttri 11137  ax-pre-lttrn 11138  ax-pre-ltadd 11139  ax-pre-mulgt0 11140  ax-pre-sup 11141

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 857  df-3or 1096  df-3an 1097  df-tru 1557  df-fal 1567  df-ex 1794  df-nf 1798  df-sb 2085  df-mo 2560  df-eu 2590  df-clab 2735  df-cleq 2748  df-clel 2831  df-nfc 2905  df-ne 2952  df-nel 3056  df-ral 3071  df-rex 3081  df-rmo 3361  df-reu 3362  df-rab 3409  df-v 3450  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4281  df-if 4475  df-pw 4551  df-sn 4577  df-pr 4579  df-op 4583  df-uni 4860  df-iun 4945  df-br 5095  df-opab 5157  df-mpt 5176  df-tr 5202  df-id 5535  df-eprel 5540  df-po 5548  df-so 5549  df-fr 5593  df-we 5595  df-xp 5646  df-rel 5647  df-cnv 5648  df-co 5649  df-dm 5650  df-rn 5651  df-res 5652  df-ima 5653  df-pred 6277  df-ord 6338  df-on 6339  df-lim 6340  df-suc 6341  df-iota 6466  df-fun 6512  df-fn 6513  df-f 6514  df-f1 6515  df-fo 6516  df-f1o 6517  df-fv 6518  df-riota 7342  df-ov 7388  df-oprab 7389  df-mpo 7390  df-om 7836  df-1st 7959  df-2nd 7960  df-frecs 8250  df-wrecs 8281  df-recs 8330  df-rdg 8369  df-er 8666  df-en 8917  df-dom 8918  df-sdom 8919  df-sup 9378  df-pnf 11208  df-mnf 11209  df-xr 11210  df-ltxr 11211  df-le 11212  df-sub 11406  df-neg 11407  df-div 11835  df-nn 12201  df-2 12270  df-3 12271  df-n0 12472  df-z 12559  df-uz 12830  df-q 12940  df-rp 12984  df-seq 14005  df-exp 14065  df-cj 15102  df-re 15103  df-im 15104  df-sqrt 15238  df-abs 15239

This theorem is referenced by:  qdiffALT  37768