MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  qexpz Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem qexpz 16773
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 ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) → 𝐴 ∈ ℤ)

Proof of Theorem qexpz
Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eleq1 2825 . 2 (𝐴 = 0 → (𝐴 ∈ ℤ ↔ 0 ∈ ℤ))
2 simpll2 1213 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℕ)
32nncnd 12169 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℂ)
43mul01d 11354 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑁 · 0) = 0)
5 simpr 485 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℙ)
6 simpll3 1214 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝐴𝑁) ∈ ℤ)
7 simpll1 1212 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℚ)
8 qcn 12888 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℂ)
97, 8syl 17 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℂ)
10 simplr 767 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ≠ 0)
112nnzd 12526 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℤ)
129, 10, 11expne0d 14057 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝐴𝑁) ≠ 0)
13 pczcl 16720 . . . . . . . . 9 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ ((𝐴𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐴𝑁) ≠ 0)) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) ∈ ℕ0)
145, 6, 12, 13syl12anc 835 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) ∈ ℕ0)
1514nn0ge0d 12476 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)))
16 pcexp 16731 . . . . . . . 8 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) = (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
175, 7, 10, 11, 16syl121anc 1375 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) = (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
1815, 17breqtrd 5131 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
194, 18eqbrtrd 5127 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
20 0red 11158 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ∈ ℝ)
21 pcqcl 16728 . . . . . . . 8 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐴 ≠ 0)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℤ)
225, 7, 10, 21syl12anc 835 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℤ)
2322zred 12607 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℝ)
242nnred 12168 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℝ)
252nngt0d 12202 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 < 𝑁)
26 lemul2 12008 . . . . . 6 ((0 ∈ ℝ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℝ ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑁)) → (0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴))))
2720, 23, 24, 25, 26syl112anc 1374 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴))))
2819, 27mpbird 256 . . . 4 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
2928ralrimiva 3143 . . 3 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
30 simpl1 1191 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℚ)
31 pcz 16753 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴)))
3230, 31syl 17 . . 3 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 ∈ ℤ ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴)))
3329, 32mpbird 256 . 2 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℤ)
34 0zd 12511 . 2 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) → 0 ∈ ℤ)
351, 33, 34pm2.61ne 3030 1 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) → 𝐴 ∈ ℤ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 396  w3a 1087   = wceq 1541  wcel 2106  wne 2943  wral 3064   class class class wbr 5105  (class class class)co 7357  cc 11049  cr 11050  0cc0 11051   · cmul 11056   < clt 11189  cle 11190  cn 12153  0cn0 12413  cz 12499  cq 12873  cexp 13967  cprime 16547   pCnt cpc 16708
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128  ax-pre-sup 11129
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-1o 8412  df-2o 8413  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-fin 8887  df-sup 9378  df-inf 9379  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-div 11813  df-nn 12154  df-2 12216  df-3 12217  df-n0 12414  df-z 12500  df-uz 12764  df-q 12874  df-rp 12916  df-fz 13425  df-fl 13697  df-mod 13775  df-seq 13907  df-exp 13968  df-cj 14984  df-re 14985  df-im 14986  df-sqrt 15120  df-abs 15121  df-dvds 16137  df-gcd 16375  df-prm 16548  df-pc 16709
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator