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 37824
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 37823 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 37823, see qdiffALT 37825. (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 3021 . . . . 5 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝑞𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ 𝑟))
2 oveq2 7406 . . . . . 6 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (𝐴𝑞) = (𝐴 − (𝐴 − 1)))
32fveqeq2d 6877 . . . . 5 (𝑞 = (𝐴 − 1) → ((abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟))))
41, 3anbi12d 641 . . . 4 (𝑞 = (𝐴 − 1) → ((𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) ↔ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟)))))
54rexbidv 3188 . . 3 (𝑞 = (𝐴 − 1) → (∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) ↔ ∃𝑟 ∈ ℚ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟)))))
6 1z 12603 . . . . 5 1 ∈ ℤ
7 zq 12957 . . . . 5 (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℚ)
86, 7ax-mp 5 . . . 4 1 ∈ ℚ
9 qsubcl 12971 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
108, 9mpan2 701 . . 3 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ∈ ℚ)
11 qaddcl 12968 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℚ) → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
128, 11mpan2 701 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℚ)
13 qre 12956 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℝ)
14 1rp 12999 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℝ+
1514, 14pm3.2i 474 . . . . . . . . . . . 12 (1 ∈ ℝ+ ∧ 1 ∈ ℝ+)
16 rpaddcl 13019 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℝ+ ∧ 1 ∈ ℝ+) → (1 + 1) ∈ ℝ+)
1715, 16mp1i 13 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℚ → (1 + 1) ∈ ℝ+)
1813, 17ltaddrpd 13072 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 < (𝐴 + (1 + 1)))
1913, 18ltned 11321 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ≠ (𝐴 + (1 + 1)))
2019neneqd 2964 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ 𝐴 = (𝐴 + (1 + 1)))
2120neqcomd 2774 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ (𝐴 + (1 + 1)) = 𝐴)
22 qcn 12966 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℂ)
23 1cnd 11177 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → 1 ∈ ℂ)
2422, 23, 23addassd 11206 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴 + 1) + 1) = (𝐴 + (1 + 1)))
2524eqeq1d 2766 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → (((𝐴 + 1) + 1) = 𝐴 ↔ (𝐴 + (1 + 1)) = 𝐴))
2621, 25mtbird 327 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ ((𝐴 + 1) + 1) = 𝐴)
2722, 23addcld 11203 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
2822, 23, 27subadd2d 11563 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴 − 1) = (𝐴 + 1) ↔ ((𝐴 + 1) + 1) = 𝐴))
2926, 28mtbird 327 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → ¬ (𝐴 − 1) = (𝐴 + 1))
3029neqned 2966 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1))
3123absnegd 15481 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘-1) = (abs‘1))
3222, 22, 23subsub4d 11575 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴𝐴) − 1) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
3322subidd 11532 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴𝐴) = 0)
3433oveq1d 7413 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴𝐴) − 1) = (0 − 1))
35 df-neg 11419 . . . . . . . 8 -1 = (0 − 1)
3634, 35eqtr4di 2817 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℚ → ((𝐴𝐴) − 1) = -1)
3732, 36eqtr3d 2801 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − (𝐴 + 1)) = -1)
3837fveq2d 6873 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))) = (abs‘-1))
3922, 23nncand 11549 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 − (𝐴 − 1)) = 1)
4039fveq2d 6873 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘1))
4131, 38, 403eqtr4rd 2810 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
42 neeq2 3022 . . . . . 6 (𝑟 = (𝐴 + 1) → ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ↔ (𝐴 − 1) ≠ (𝐴 + 1)))
43 oveq2 7406 . . . . . . . 8 (𝑟 = (𝐴 + 1) → (𝐴𝑟) = (𝐴 − (𝐴 + 1)))
4443fveq2d 6873 . . . . . . 7 (𝑟 = (𝐴 + 1) → (abs‘(𝐴𝑟)) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1))))
4544eqeq2d 2775 . . . . . 6 (𝑟 = (𝐴 + 1) → ((abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟)) ↔ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴 − (𝐴 + 1)))))
4642, 45anbi12d 641 . . . . 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 3583 . . . 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 847 . . 3 (𝐴 ∈ ℚ → ∃𝑟 ∈ ℚ ((𝐴 − 1) ≠ 𝑟 ∧ (abs‘(𝐴 − (𝐴 − 1))) = (abs‘(𝐴𝑟))))
495, 10, 48rspcedvdw 3586 . 2 (𝐴 ∈ ℚ → ∃𝑞 ∈ ℚ ∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))))
50 2cnd 12298 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 2 ∈ ℂ)
51 simpll 776 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝐴 ∈ ℝ)
5251recnd 11212 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝐴 ∈ ℂ)
53 simplrl 786 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞 ∈ ℚ)
5453qred 12958 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞 ∈ ℝ)
5554recnd 11212 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞 ∈ ℂ)
5652, 55mulcld 11204 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴 · 𝑞) ∈ ℂ)
57 simplrr 787 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑟 ∈ ℚ)
5857qred 12958 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑟 ∈ ℝ)
5958recnd 11212 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑟 ∈ ℂ)
6052, 59mulcld 11204 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴 · 𝑟) ∈ ℂ)
6150, 56, 60subdid 11645 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟))) = ((2 · (𝐴 · 𝑞)) − (2 · (𝐴 · 𝑟))))
6252sqcld 14159 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴↑2) ∈ ℂ)
6350, 60mulcld 11204 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · (𝐴 · 𝑟)) ∈ ℂ)
6450, 56mulcld 11204 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · (𝐴 · 𝑞)) ∈ ℂ)
6562, 63, 64nnncan1d 11578 . . . . . . . . 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 782 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))
6751, 54resubcld 11617 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴𝑞) ∈ ℝ)
6851, 58resubcld 11617 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴𝑟) ∈ ℝ)
69 sqabs 15336 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴𝑞) ∈ ℝ ∧ (𝐴𝑟) ∈ ℝ) → (((𝐴𝑞)↑2) = ((𝐴𝑟)↑2) ↔ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))))
7067, 68, 69syl2anc 593 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝐴𝑞)↑2) = ((𝐴𝑟)↑2) ↔ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))))
7166, 70mpbird 259 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴𝑞)↑2) = ((𝐴𝑟)↑2))
72 binom2sub 14235 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑞 ∈ ℂ) → ((𝐴𝑞)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) + (𝑞↑2)))
7352, 55, 72syl2anc 593 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴𝑞)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) + (𝑞↑2)))
74 binom2sub 14235 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑟 ∈ ℂ) → ((𝐴𝑟)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) + (𝑟↑2)))
7552, 59, 74syl2anc 593 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴𝑟)↑2) = (((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) + (𝑟↑2)))
7671, 73, 753eqtr3d 2807 . . . . . . . . . 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 11544 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑞))) ∈ ℂ)
7855sqcld 14159 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞↑2) ∈ ℂ)
7962, 63subcld 11544 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴↑2) − (2 · (𝐴 · 𝑟))) ∈ ℂ)
8059sqcld 14159 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑟↑2) ∈ ℂ)
8177, 78, 79, 80addsubeq4d 11595 . . . . . . . . . 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 234 . . . . . . . . 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 2805 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (2 · ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟))) = ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)))
8478, 80subcld 11544 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℂ)
8556, 60subcld 11544 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)) ∈ ℂ)
86 2ne0 12326 . . . . . . . . . 10 2 ≠ 0
8786a1i 11 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 2 ≠ 0)
8884, 50, 85, 87divmuld 11991 . . . . . . . 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 259 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) = ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)))
9052, 55, 59subdid 11645 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝐴 · (𝑞𝑟)) = ((𝐴 · 𝑞) − (𝐴 · 𝑟)))
9189, 90eqtr4d 2802 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) = (𝐴 · (𝑞𝑟)))
9284halfcld 12468 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℂ)
9355, 59subcld 11544 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞𝑟) ∈ ℂ)
94 simprl 780 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝑞𝑟)
9555, 59, 94subne0d 11553 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞𝑟) ≠ 0)
9692, 52, 93, 95divmul3d 12003 . . . . . 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 259 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) = 𝐴)
98 qsqcl 14145 . . . . . . . . 9 (𝑞 ∈ ℚ → (𝑞↑2) ∈ ℚ)
9953, 98syl 17 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞↑2) ∈ ℚ)
100 qsqcl 14145 . . . . . . . . 9 (𝑟 ∈ ℚ → (𝑟↑2) ∈ ℚ)
10157, 100syl 17 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑟↑2) ∈ ℚ)
102 qsubcl 12971 . . . . . . . 8 (((𝑞↑2) ∈ ℚ ∧ (𝑟↑2) ∈ ℚ) → ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℚ)
10399, 101, 102syl2anc 593 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℚ)
104 2z 12605 . . . . . . . 8 2 ∈ ℤ
105 zq 12957 . . . . . . . 8 (2 ∈ ℤ → 2 ∈ ℚ)
106104, 105mp1i 13 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 2 ∈ ℚ)
107 qdivcl 12973 . . . . . . 7 ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) ∈ ℚ ∧ 2 ∈ ℚ ∧ 2 ≠ 0) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℚ)
108103, 106, 87, 107syl3anc 1392 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℚ)
109 qsubcl 12971 . . . . . . 7 ((𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ) → (𝑞𝑟) ∈ ℚ)
11053, 57, 109syl2anc 593 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → (𝑞𝑟) ∈ ℚ)
111 qdivcl 12973 . . . . . 6 (((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) ∈ ℚ ∧ (𝑞𝑟) ∈ ℚ ∧ (𝑞𝑟) ≠ 0) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) ∈ ℚ)
112108, 110, 95, 111syl3anc 1392 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → ((((𝑞↑2) − (𝑟↑2)) / 2) / (𝑞𝑟)) ∈ ℚ)
11397, 112eqeltrrd 2865 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) ∧ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟)))) → 𝐴 ∈ ℚ)
114113ex 416 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑞 ∈ ℚ ∧ 𝑟 ∈ ℚ)) → ((𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) → 𝐴 ∈ ℚ))
115114rexlimdvva 3221 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → (∃𝑞 ∈ ℚ ∃𝑟 ∈ ℚ (𝑞𝑟 ∧ (abs‘(𝐴𝑞)) = (abs‘(𝐴𝑟))) → 𝐴 ∈ ℚ))
11649, 115impbid2 228 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 208  wa 399   = wceq 1562  wcel 2144  wne 2959  wrex 3088  cfv 6523  (class class class)co 7398  cc 11073  cr 11074  0cc0 11075  1c1 11076   + caddc 11078   · cmul 11080  cmin 11416  -cneg 11417   / cdiv 11846  2c2 12274  cz 12570  cq 12951  +crp 12995  cexp 14076  abscabs 15263
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1817  ax-4 1831  ax-5 1932  ax-6 1989  ax-7 2030  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2214  ax-ext 2736  ax-sep 5248  ax-nul 5258  ax-pow 5324  ax-pr 5392  ax-un 7720  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1100  df-3an 1101  df-tru 1565  df-fal 1575  df-ex 1802  df-nf 1806  df-sb 2093  df-mo 2568  df-eu 2598  df-clab 2743  df-cleq 2756  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3458  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5544  df-eprel 5549  df-po 5557  df-so 5558  df-fr 5602  df-we 5604  df-xp 5655  df-rel 5656  df-cnv 5657  df-co 5658  df-dm 5659  df-rn 5660  df-res 5661  df-ima 5662  df-pred 6290  df-ord 6351  df-on 6352  df-lim 6353  df-suc 6354  df-iota 6479  df-fun 6525  df-fn 6526  df-f 6527  df-f1 6528  df-fo 6529  df-f1o 6530  df-fv 6531  df-riota 7355  df-ov 7401  df-oprab 7402  df-mpo 7403  df-om 7849  df-1st 7972  df-2nd 7973  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8344  df-rdg 8383  df-er 8680  df-en 8930  df-dom 8931  df-sdom 8932  df-sup 9390  df-pnf 11220  df-mnf 11221  df-xr 11222  df-ltxr 11223  df-le 11224  df-sub 11418  df-neg 11419  df-div 11847  df-nn 12213  df-2 12282  df-3 12283  df-n0 12484  df-z 12571  df-uz 12842  df-q 12952  df-rp 12996  df-seq 14017  df-exp 14077  df-cj 15128  df-re 15129  df-im 15130  df-sqrt 15264  df-abs 15265
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator