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

Theorem qdiff 37894
Description: The rationals are exactly those reals for which there exist two distinct rationals that are the same distance from the original number. Similar to irrdiff 37893 but here proved with a proof which would also work in constructive mathematics. From an online post by Ingo Blechschmidt. For a proof using irrdiff 37893, see qdiffALT 37895. (Contributed by Jim Kingdon, 24-Apr-2026.)
Assertion
Ref Expression
qdiff (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 ∈ ℚ ↔ ∃𝑞 ∈ ℚ ∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))))
Distinct variable group:   𝐴,𝑞,𝑟

Proof of Theorem qdiff
StepHypRef Expression
1 neeq1 3026 . . . . 5 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝑞𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ 𝑟))
2 oveq2 7419 . . . . . 6 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
32fveqeq2d 6890 . . . . 5 (𝑞 = (𝐴 − 1) → ((abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟))))
41, 3anbi12d 643 . . . 4 (𝑞 = (𝐴 − 1) → ((𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) ↔ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟)))))
54rexbidv 3195 . . 3 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) ↔ ∃𝑟 ∈ ℚ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟)))))
6 1z 12624 . . . . 5 1 ∈ ℤ
7 zq 12978 . . . . 5 (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
86, 7ax-mp 5 . . . 4 1 ∈ ℚ
9 qsubcl 12992 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
108, 9mpan2 703 . . 3 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
11 qaddcl 12989 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
128, 11mpan2 703 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
13 qre 12977 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℝ)
14 1rp 13020 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℝ+
1514, 14pm3.2i 475 . . . . . . . . . . . 12 (1 ∈ ℝ+ ∧ 1 ∈ ℝ+)
16 rpaddcl 13040 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℝ+ ∧ 1 ∈ ℝ+) → (1 + 1) ∈ ℝ+)
1715, 16mp1i 14 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℚ → (1 + 1) ∈ ℝ+)
1813, 17ltaddrpd 13093 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 < (𝐴 + (1 + 1)))
1913, 18ltned 11346 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ≠ (𝐴 + (1 + 1)))
2019neneqd 2969 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ 𝐴 = (𝐴 + (1 + 1)))
2120neqcomd 2779 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ (𝐴 + (1 + 1)) = 𝐴)
22 qcn 12987 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℂ)
23 1cnd 11202 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → 1 ∈ ℂ)
2422, 23, 23addassd 11231 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴 + 1) + 1) = (𝐴 + (1 + 1)))
2524eqeq1d 2771 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → (((𝐴 + 1) + 1) = 𝐴 ↔ (𝐴 + (1 + 1)) = 𝐴))
2621, 25mtbird 328 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ ((𝐴 + 1) + 1) = 𝐴)
2722, 23addcld 11228 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
2822, 23, 27subadd2d 11588 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴 − 1) = (𝐴 + 1) ↔ ((𝐴 + 1) + 1) = 𝐴))
2926, 28mtbird 328 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ (𝐴 − 1) = (𝐴 + 1))
3029neqned 2971 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
3123absnegd 15503 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘-1) = (abs‘1))
3222, 22, 23subsub4d 11600 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴𝐴) − 1) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
3322subidd 11557 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴𝐴) = 0)
3433oveq1d 7426 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴𝐴) − 1) = (0 − 1))
35 df-neg 11444 . . . . . . . 8 -1 = (0 − 1)
3634, 35eqtr4di 2822 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴𝐴) − 1) = -1)
3732, 36eqtr3d 2806 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
3837fveq2d 6886 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
3922, 23nncand 11574 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
4039fveq2d 6886 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
4131, 38, 403eqtr4rd 2815 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
42 neeq2 3027 . . . . . 6 (𝑟 = (𝐴 + 1) → ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1)))
43 oveq2 7419 . . . . . . . 8 (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
4443fveq2d 6886 . . . . . . 7 (𝑟 = (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴𝑟)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
4544eqeq2d 2780 . . . . . 6 (𝑟 = (𝐴 + 1) → ((abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟)) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1)))))
4642, 45anbi12d 643 . . . . 5 (𝑟 = (𝐴 + 1) → (((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟))) ↔ ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))))
4746rspcev 3588 . . . 4 (((𝐴 + 1) ∈ ℚ ∧ ((𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1) ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))) → ∃𝑟 ∈ ℚ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟))))
4812, 30, 41, 47syl12anc 849 . . 3 (𝐴 ∈ ℚ → ∃𝑟 ∈ ℚ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟))))
495, 10, 48rspcedvdw 3591 . 2 (𝐴 ∈ ℚ → ∃𝑞 ∈ ℚ ∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))))
50 2cnd 12319 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 2 ∈ ℂ)
51 simpll 778 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝐴 ∈ ℝ)
5251recnd 11237 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝐴 ∈ ℂ)
53 simplrl 788 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞 ∈ ℚ)
5453qred 12979 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞 ∈ ℝ)
5554recnd 11237 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞 ∈ ℂ)
5652, 55mulcld 11229 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴 · 𝑞) ∈ ℂ)
57 simplrr 789 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑟 ∈ ℚ)
5857qred 12979 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑟 ∈ ℝ)
5958recnd 11237 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑟 ∈ ℂ)
6052, 59mulcld 11229 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴 · 𝑟) ∈ ℂ)
6150, 56, 60subdid 11670 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟))) = ((2 · (𝐴 · 𝑞)) − (2 · (𝐴 · 𝑟))))
6252sqcld 14180 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴↑2) ∈ ℂ)
6350, 60mulcld 11229 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · (𝐴 · 𝑟)) ∈ ℂ)
6450, 56mulcld 11229 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · (𝐴 · 𝑞)) ∈ ℂ)
6562, 63, 64nnncan1d 11603 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) − ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞)))) = ((2 · (𝐴 · 𝑞)) − (2 · (𝐴 · 𝑟))))
66 simprr 784 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))
6751, 54resubcld 11642 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴𝑞) ∈ ℝ)
6851, 58resubcld 11642 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴𝑟) ∈ ℝ)
69 sqabs 15358 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴𝑞) ∈ ℝ ∧ (𝐴𝑟) ∈ ℝ) → (((𝐴𝑞)↑2) = ((𝐴𝑟)↑2) ↔ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))))
7067, 68, 69syl2anc 595 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝐴𝑞)↑2) = ((𝐴𝑟)↑2) ↔ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))))
7166, 70mpbird 260 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴𝑞)↑2) = ((𝐴𝑟)↑2))
72 binom2sub 14256 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑞 ∈ ℂ) → ((𝐴𝑞)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) + (𝑞↑2)))
7352, 55, 72syl2anc 595 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴𝑞)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) + (𝑞↑2)))
74 binom2sub 14256 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑟 ∈ ℂ) → ((𝐴𝑟)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) + (𝑟↑2)))
7552, 59, 74syl2anc 595 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴𝑟)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) + (𝑟↑2)))
7671, 73, 753eqtr3d 2812 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) + (𝑞↑2)) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) + (𝑟↑2)))
7762, 64subcld 11569 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) ∈ ℂ)
7855sqcld 14180 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞↑2) ∈ ℂ)
7962, 63subcld 11569 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) ∈ ℂ)
8059sqcld 14180 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑟↑2) ∈ ℂ)
8177, 78, 79, 80addsubeq4d 11620 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) + (𝑞↑2)) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) + (𝑟↑2)) ↔ (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) − ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞)))) = ((𝑞↑2) − (𝑟↑2))))
8276, 81mpbid 235 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) − ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞)))) = ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)))
8361, 65, 823eqtr2d 2810 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟))) = ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)))
8478, 80subcld 11569 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℂ)
8556, 60subcld 11569 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)) ∈ ℂ)
86 2ne0 12347 . . . . . . . . . 10 2 ≠ 0
8786a1i 11 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 2 ≠ 0)
8884, 50, 85, 87divmuld 12013 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) = ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)) ↔ (2 · ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟))) = ((𝑞↑2) − (𝑟↑2))))
8983, 88mpbird 260 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) = ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)))
9052, 55, 59subdid 11670 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴 · (𝑞𝑟)) = ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)))
9189, 90eqtr4d 2807 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) = (𝐴 · (𝑞𝑟)))
9284halfcld 12489 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℂ)
9355, 59subcld 11569 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞𝑟) ∈ ℂ)
94 simprl 782 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞𝑟)
9555, 59, 94subne0d 11578 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞𝑟) ≠ 0)
9692, 52, 93, 95divmul3d 12025 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) = 𝐴 ↔ (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) = (𝐴 · (𝑞𝑟))))
9791, 96mpbird 260 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) = 𝐴)
98 qsqcl 14166 . . . . . . . . 9 (𝑞 ∈ ℚ → (𝑞↑2) ∈ ℚ)
9953, 98syl 18 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞↑2) ∈ ℚ)
100 qsqcl 14166 . . . . . . . . 9 (𝑟 ∈ ℚ → (𝑟↑2) ∈ ℚ)
10157, 100syl 18 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑟↑2) ∈ ℚ)
102 qsubcl 12992 . . . . . . . 8 (((𝑞↑2) ∈ ℚ ∧ (𝑟↑2) ∈ ℚ) → ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℚ)
10399, 101, 102syl2anc 595 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℚ)
104 2z 12626 . . . . . . . 8 2 ∈ ℤ
105 zq 12978 . . . . . . . 8 (2 ∈ ℤ → 2 ∈ ℚ)
106104, 105mp1i 14 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 2 ∈ ℚ)
107 qdivcl 12994 . . . . . . 7 ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℚ ∧ 2 ∈ ℚ ∧ 2 ≠ 0) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℚ)
108103, 106, 87, 107syl3anc 1396 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℚ)
109 qsubcl 12992 . . . . . . 7 ((𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ) → (𝑞𝑟) ∈ ℚ)
11053, 57, 109syl2anc 595 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞𝑟) ∈ ℚ)
111 qdivcl 12994 . . . . . 6 (((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℚ ∧ (𝑞𝑟) ∈ ℚ ∧ (𝑞𝑟) ≠ 0) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) ∈ ℚ)
112108, 110, 95, 111syl3anc 1396 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) ∈ ℚ)
11397, 112eqeltrrd 2870 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝐴 ∈ ℚ)
114113ex 417 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) → ((𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) → 𝐴 ∈ ℚ))
115114rexlimdvva 3228 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → (∃𝑞 ∈ ℚ ∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) → 𝐴 ∈ ℚ))
11649, 115impbid2 229 1 (𝐴 ∈ ℝ → (𝐴 ∈ ℚ ↔ ∃𝑞 ∈ ℚ ∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209  wa 400   = wceq 1567  wcel 2149  wne 2964  wrex 3095  cfv 6537  (class class class)co 7411  cc 11098  cr 11099  0cc0 11100  1c1 11101   + caddc 11103   · cmul 11105  cmin 11441  -cneg 11442   / cdiv 11871  2c2 12295  cz 12591  cq 12972  +crp 13016  cexp 14097  abscabs 15285
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5337  ax-pr 5405  ax-un 7733  ax-cnex 11156  ax-resscn 11157  ax-1cn 11158  ax-icn 11159  ax-addcl 11160  ax-addrcl 11161  ax-mulcl 11162  ax-mulrcl 11163  ax-mulcom 11164  ax-addass 11165  ax-mulass 11166  ax-distr 11167  ax-i2m1 11168  ax-1ne0 11169  ax-1rid 11170  ax-rnegex 11171  ax-rrecex 11172  ax-cnre 11173  ax-pre-lttri 11174  ax-pre-lttrn 11175  ax-pre-ltadd 11176  ax-pre-mulgt0 11177  ax-pre-sup 11178
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3375  df-reu 3376  df-rab 3423  df-v 3463  df-sbc 3752  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3931  df-nul 4293  df-if 4491  df-pw 4567  df-sn 4593  df-pr 4595  df-op 4599  df-uni 4875  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5557  df-eprel 5562  df-po 5570  df-so 5571  df-fr 5615  df-we 5617  df-xp 5668  df-rel 5669  df-cnv 5670  df-co 5671  df-dm 5672  df-rn 5673  df-res 5674  df-ima 5675  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 7368  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8358  df-rdg 8397  df-er 8694  df-en 8944  df-dom 8945  df-sdom 8946  df-sup 9402  df-pnf 11245  df-mnf 11246  df-xr 11247  df-ltxr 11248  df-le 11249  df-sub 11443  df-neg 11444  df-div 11872  df-nn 12234  df-2 12303  df-3 12304  df-n0 12505  df-z 12592  df-uz 12863  df-q 12973  df-rp 13017  df-seq 14038  df-exp 14098  df-cj 15150  df-re 15151  df-im 15152  df-sqrt 15286  df-abs 15287
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator