Theorem pellexlem1 43108

Description: Lemma for pellex 43114. Arithmetical core of pellexlem3, norm lower bound. This begins Dirichlet's proof of the Pell equation solution existence; the proof here follows theorem 62 of [vandenDries] p. 43. (Contributed by Stefan O'Rear, 14-Sep-2014.)

Assertion

Ref	Expression
pellexlem1	⊢ (((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) ∧ ¬ (√‘𝐷) ∈ ℚ) → ((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) ≠ 0)

Proof of Theorem pellexlem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nncn 12155	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℂ)
2	1	3ad2ant2 1135	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
3	2	sqcld 14069	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴↑2) ∈ ℂ)
4		nncn 12155	. . . . . . 7 ⊢ (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℂ)
5	4	3ad2ant1 1134	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℂ)
6		nncn 12155	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ∈ ℂ)
7	6	3ad2ant3 1136	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℂ)
8	7	sqcld 14069	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐵↑2) ∈ ℂ)
9	5, 8	mulcld 11154	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐷 · (𝐵↑2)) ∈ ℂ)
10	3, 9	subeq0ad 11504	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) = 0 ↔ (𝐴↑2) = (𝐷 · (𝐵↑2))))
11		nnne0 12181	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ≠ 0)
12	11	3ad2ant3 1136	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ≠ 0)
13		sqne0 14048	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ ℂ → ((𝐵↑2) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ 0))
14	7, 13	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → ((𝐵↑2) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ 0))
15	12, 14	mpbird 257	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐵↑2) ≠ 0)
16	3, 5, 8, 15	divmul3d 11953	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 ↔ (𝐴↑2) = (𝐷 · (𝐵↑2))))
17		sqdiv 14046	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → ((𝐴 / 𝐵)↑2) = ((𝐴↑2) / (𝐵↑2)))
18	17	fveq2d 6837	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (√‘((𝐴 / 𝐵)↑2)) = (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))))
19	2, 7, 12, 18	syl3anc 1374	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴 / 𝐵)↑2)) = (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))))
20		nnre 12154	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℝ)
21	20	3ad2ant2 1135	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ)
22		nnre 12154	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ∈ ℝ)
23	22	3ad2ant3 1136	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℝ)
24	21, 23, 12	redivcld 11971	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℝ)
25		nnnn0 12410	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℕ0)
26	25	nn0ge0d 12467	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 0 ≤ 𝐴)
27	26	3ad2ant2 1135	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 0 ≤ 𝐴)
28		nngt0 12178	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 0 < 𝐵)
29	28	3ad2ant3 1136	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 0 < 𝐵)
30		divge0 12013	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐴) ∧ (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝐵)) → 0 ≤ (𝐴 / 𝐵))
31	21, 27, 23, 29, 30	syl22anc 839	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐴 / 𝐵))
32	24, 31	sqrtsqd 15345	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴 / 𝐵)↑2)) = (𝐴 / 𝐵))
33	19, 32	eqtr3d 2772	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) = (𝐴 / 𝐵))
34		nnq 12877	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℚ)
35	34	3ad2ant2 1135	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℚ)
36		nnq 12877	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ∈ ℚ)
37	36	3ad2ant3 1136	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℚ)
38		qdivcl 12885	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℚ)
39	35, 37, 12, 38	syl3anc 1374	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℚ)
40	33, 39	eqeltrd 2835	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) ∈ ℚ)
41		fveq2 6833	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 → (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) = (√‘𝐷))
42	41	eleq1d 2820	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 → ((√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) ∈ ℚ ↔ (√‘𝐷) ∈ ℚ))
43	40, 42	syl5ibcom 245	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 → (√‘𝐷) ∈ ℚ))
44	16, 43	sylbird 260	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → ((𝐴↑2) = (𝐷 · (𝐵↑2)) → (√‘𝐷) ∈ ℚ))
45	10, 44	sylbid 240	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) = 0 → (√‘𝐷) ∈ ℚ))
46	45	necon3bd 2945	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (¬ (√‘𝐷) ∈ ℚ → ((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) ≠ 0))
47	46	imp 406	1 ⊢ (((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) ∧ ¬ (√‘𝐷) ∈ ℚ) → ((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) ≠ 0)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2931   class class class wbr 5097  ‘cfv 6491  (class class class)co 7358  ℂcc 11026  ℝcr 11027  0cc0 11028   · cmul 11033   < clt 11168   ≤ cle 11169   − cmin 11366   / cdiv 11796  ℕcn 12147  2c2 12202  ℚcq 12863  ↑cexp 13986  √csqrt 15158

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 2183  ax-ext 2707  ax-sep 5240  ax-nul 5250  ax-pow 5309  ax-pr 5376  ax-un 7680  ax-cnex 11084  ax-resscn 11085  ax-1cn 11086  ax-icn 11087  ax-addcl 11088  ax-addrcl 11089  ax-mulcl 11090  ax-mulrcl 11091  ax-mulcom 11092  ax-addass 11093  ax-mulass 11094  ax-distr 11095  ax-i2m1 11096  ax-1ne0 11097  ax-1rid 11098  ax-rnegex 11099  ax-rrecex 11100  ax-cnre 11101  ax-pre-lttri 11102  ax-pre-lttrn 11103  ax-pre-ltadd 11104  ax-pre-mulgt0 11105  ax-pre-sup 11106

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 2538  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2810  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3349  df-reu 3350  df-rab 3399  df-v 3441  df-sbc 3740  df-csb 3849  df-dif 3903  df-un 3905  df-in 3907  df-ss 3917  df-pss 3920  df-nul 4285  df-if 4479  df-pw 4555  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4863  df-iun 4947  df-br 5098  df-opab 5160  df-mpt 5179  df-tr 5205  df-id 5518  df-eprel 5523  df-po 5531  df-so 5532  df-fr 5576  df-we 5578  df-xp 5629  df-rel 5630  df-cnv 5631  df-co 5632  df-dm 5633  df-rn 5634  df-res 5635  df-ima 5636  df-pred 6258  df-ord 6319  df-on 6320  df-lim 6321  df-suc 6322  df-iota 6447  df-fun 6493  df-fn 6494  df-f 6495  df-f1 6496  df-fo 6497  df-f1o 6498  df-fv 6499  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7809  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-frecs 8223  df-wrecs 8254  df-recs 8303  df-rdg 8341  df-er 8635  df-en 8886  df-dom 8887  df-sdom 8888  df-sup 9347  df-pnf 11170  df-mnf 11171  df-xr 11172  df-ltxr 11173  df-le 11174  df-sub 11368  df-neg 11369  df-div 11797  df-nn 12148  df-2 12210  df-3 12211  df-n0 12404  df-z 12491  df-uz 12754  df-q 12864  df-rp 12908  df-seq 13927  df-exp 13987  df-cj 15024  df-re 15025  df-im 15026  df-sqrt 15160

This theorem is referenced by:  pellexlem3  43110