Theorem qexpz 16921

Description: If a power of a rational number is an integer, then the number is an integer. In other words, all n-th roots are irrational unless they are integers (so that the original number is an n-th power). (Contributed by Mario Carneiro, 10-Aug-2015.)

Assertion

Ref	Expression
qexpz	⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) → 𝐴 ∈ ℤ)

Proof of Theorem qexpz

Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eleq1 2822	. 2 ⊢ (𝐴 = 0 → (𝐴 ∈ ℤ ↔ 0 ∈ ℤ))
2		simpll2 1214	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℕ)
3	2	nncnd 12256	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℂ)
4	3	mul01d 11434	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑁 · 0) = 0)
5		simpr 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℙ)
6		simpll3 1215	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ)
7		simpll1 1213	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℚ)
8		qcn 12979	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℂ)
9	7, 8	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℂ)
10		simplr 768	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ≠ 0)
11	2	nnzd 12615	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℤ)
12	9, 10, 11	expne0d 14170	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝐴↑𝑁) ≠ 0)
13		pczcl 16868	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑝 ∈ ℙ ∧ ((𝐴↑𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐴↑𝑁) ≠ 0)) → (𝑝 pCnt (𝐴↑𝑁)) ∈ ℕ0)
14	5, 6, 12, 13	syl12anc 836	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝐴↑𝑁)) ∈ ℕ0)
15	14	nn0ge0d 12565	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝐴↑𝑁)))
16		pcexp 16879	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑝 pCnt (𝐴↑𝑁)) = (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
17	5, 7, 10, 11, 16	syl121anc 1377	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝐴↑𝑁)) = (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
18	15, 17	breqtrd 5145	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
19	4, 18	eqbrtrd 5141	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
20		0red 11238	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ∈ ℝ)
21		pcqcl 16876	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐴 ≠ 0)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℤ)
22	5, 7, 10, 21	syl12anc 836	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℤ)
23	22	zred 12697	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℝ)
24	2	nnred 12255	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℝ)
25	2	nngt0d 12289	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 < 𝑁)
26		lemul2 12094	. . . . . 6 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℝ ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑁)) → (0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴))))
27	20, 23, 24, 25, 26	syl112anc 1376	. . . . 5 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴))))
28	19, 27	mpbird 257	. . . 4 ⊢ ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
29	28	ralrimiva 3132	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
30		simpl1 1192	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℚ)
31		pcz 16901	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴)))
32	30, 31	syl 17	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 ∈ ℤ ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴)))
33	29, 32	mpbird 257	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℤ)
34		0zd 12600	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) → 0 ∈ ℤ)
35	1, 33, 34	pm2.61ne 3017	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴↑𝑁) ∈ ℤ) → 𝐴 ∈ ℤ)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1540   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2932  ∀wral 3051   class class class wbr 5119  (class class class)co 7405  ℂcc 11127  ℝcr 11128  0cc0 11129   · cmul 11134   < clt 11269   ≤ cle 11270  ℕcn 12240  ℕ₀cn0 12501  ℤcz 12588  ℚcq 12964  ↑cexp 14079  ℙcprime 16690   pCnt cpc 16856

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2707  ax-sep 5266  ax-nul 5276  ax-pow 5335  ax-pr 5402  ax-un 7729  ax-cnex 11185  ax-resscn 11186  ax-1cn 11187  ax-icn 11188  ax-addcl 11189  ax-addrcl 11190  ax-mulcl 11191  ax-mulrcl 11192  ax-mulcom 11193  ax-addass 11194  ax-mulass 11195  ax-distr 11196  ax-i2m1 11197  ax-1ne0 11198  ax-1rid 11199  ax-rnegex 11200  ax-rrecex 11201  ax-cnre 11202  ax-pre-lttri 11203  ax-pre-lttrn 11204  ax-pre-ltadd 11205  ax-pre-mulgt0 11206  ax-pre-sup 11207

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2809  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3359  df-reu 3360  df-rab 3416  df-v 3461  df-sbc 3766  df-csb 3875  df-dif 3929  df-un 3931  df-in 3933  df-ss 3943  df-pss 3946  df-nul 4309  df-if 4501  df-pw 4577  df-sn 4602  df-pr 4604  df-op 4608  df-uni 4884  df-iun 4969  df-br 5120  df-opab 5182  df-mpt 5202  df-tr 5230  df-id 5548  df-eprel 5553  df-po 5561  df-so 5562  df-fr 5606  df-we 5608  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6290  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7362  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7862  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8385  df-rdg 8424  df-1o 8480  df-2o 8481  df-er 8719  df-en 8960  df-dom 8961  df-sdom 8962  df-fin 8963  df-sup 9454  df-inf 9455  df-pnf 11271  df-mnf 11272  df-xr 11273  df-ltxr 11274  df-le 11275  df-sub 11468  df-neg 11469  df-div 11895  df-nn 12241  df-2 12303  df-3 12304  df-n0 12502  df-z 12589  df-uz 12853  df-q 12965  df-rp 13009  df-fz 13525  df-fl 13809  df-mod 13887  df-seq 14020  df-exp 14080  df-cj 15118  df-re 15119  df-im 15120  df-sqrt 15254  df-abs 15255  df-dvds 16273  df-gcd 16514  df-prm 16691  df-pc 16857

This theorem is referenced by: (None)