Theorem pellexlem1 43657

Description: Lemma for pellex 43663. 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 12268	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℂ)
2	1	3ad2ant2 1152	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
3	2	sqcld 14210	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴↑2) ∈ ℂ)
4		nncn 12268	. . . . . . 7 ⊢ (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℂ)
5	4	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℂ)
6		nncn 12268	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ∈ ℂ)
7	6	3ad2ant3 1153	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℂ)
8	7	sqcld 14210	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐵↑2) ∈ ℂ)
9	5, 8	mulcld 11256	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐷 · (𝐵↑2)) ∈ ℂ)
10	3, 9	subeq0ad 11606	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) = 0 ↔ (𝐴↑2) = (𝐷 · (𝐵↑2))))
11		nnne0 12297	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ≠ 0)
12	11	3ad2ant3 1153	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ≠ 0)
13		sqne0 14189	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ ℂ → ((𝐵↑2) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ 0))
14	7, 13	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → ((𝐵↑2) ≠ 0 ↔ 𝐵 ≠ 0))
15	12, 14	mpbird 260	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐵↑2) ≠ 0)
16	3, 5, 8, 15	divmul3d 12052	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 ↔ (𝐴↑2) = (𝐷 · (𝐵↑2))))
17		sqdiv 14187	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → ((𝐴 / 𝐵)↑2) = ((𝐴↑2) / (𝐵↑2)))
18	17	fveq2d 6886	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (√‘((𝐴 / 𝐵)↑2)) = (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))))
19	2, 7, 12, 18	syl3anc 1398	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴 / 𝐵)↑2)) = (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))))
20		nnre 12267	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℝ)
21	20	3ad2ant2 1152	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ)
22		nnre 12267	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ∈ ℝ)
23	22	3ad2ant3 1153	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℝ)
24	21, 23, 12	redivcld 12070	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℝ)
25		nnnn0 12538	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℕ0)
26	25	nn0ge0d 12595	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 0 ≤ 𝐴)
27	26	3ad2ant2 1152	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 0 ≤ 𝐴)
28		nngt0 12294	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 0 < 𝐵)
29	28	3ad2ant3 1153	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 0 < 𝐵)
30		divge0 12111	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐴) ∧ (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝐵)) → 0 ≤ (𝐴 / 𝐵))
31	21, 27, 23, 29, 30	syl22anc 852	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐴 / 𝐵))
32	24, 31	sqrtsqd 15509	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴 / 𝐵)↑2)) = (𝐴 / 𝐵))
33	19, 32	eqtr3d 2799	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) = (𝐴 / 𝐵))
34		nnq 13014	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ → 𝐴 ∈ ℚ)
35	34	3ad2ant2 1152	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℚ)
36		nnq 13014	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → 𝐵 ∈ ℚ)
37	36	3ad2ant3 1153	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℚ)
38		qdivcl 13022	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℚ)
39	35, 37, 12, 38	syl3anc 1398	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℚ)
40	33, 39	eqeltrd 2862	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) ∈ ℚ)
41		fveq2 6882	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 → (√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) = (√‘𝐷))
42	41	eleq1d 2847	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 → ((√‘((𝐴↑2) / (𝐵↑2))) ∈ ℚ ↔ (√‘𝐷) ∈ ℚ))
43	40, 42	syl5ibcom 248	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) / (𝐵↑2)) = 𝐷 → (√‘𝐷) ∈ ℚ))
44	16, 43	sylbird 263	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → ((𝐴↑2) = (𝐷 · (𝐵↑2)) → (√‘𝐷) ∈ ℚ))
45	10, 44	sylbid 243	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) = 0 → (√‘𝐷) ∈ ℚ))
46	45	necon3bd 2971	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (¬ (√‘𝐷) ∈ ℚ → ((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) ≠ 0))
47	46	imp 412	1 ⊢ (((𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℕ) ∧ ¬ (√‘𝐷) ∈ ℚ) → ((𝐴↑2) − (𝐷 · (𝐵↑2))) ≠ 0)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957   class class class wbr 5107  ‘cfv 6537  (class class class)co 7416  ℂcc 11125  ℝcr 11126  0cc0 11127   · cmul 11132   < clt 11270   ≤ cle 11271   − cmin 11468   / cdiv 11898  ℕcn 12260  2c2 12322  ℚcq 13000  ↑cexp 14127  √csqrt 15322

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

This theorem is used by:  pellexlem3  43659