Theorem qnnen 16387

Description: The rational numbers are countable. This proof does not use the Axiom of Choice, even though it uses an onto function, because the base set (ℤ × ℕ) is numerable. Exercise 2 of [Enderton] p. 133. For purposes of the Metamath 100 list, we are considering Mario Carneiro's revision as the date this proof was completed. This is Metamath 100 proof #3. (Contributed by NM, 31-Jul-2004.) (Revised by Mario Carneiro, 3-Mar-2013.)

Assertion

Ref	Expression
qnnen	⊢ ℚ ≈ ℕ

Proof of Theorem qnnen

Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		omelon 9651	. . . . . . 7 ⊢ ω ∈ On
2		nnenom 14127	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ≈ ω
3	2	ensymi 9035	. . . . . . 7 ⊢ ω ≈ ℕ
4		isnumi 10031	. . . . . . 7 ⊢ ((ω ∈ On ∧ ω ≈ ℕ) → ℕ ∈ dom card)
5	1, 3, 4	mp2an 705	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ dom card
6		znnen 16386	. . . . . . 7 ⊢ ℤ ≈ ℕ
7		ennum 10032	. . . . . . 7 ⊢ (ℤ ≈ ℕ → (ℤ ∈ dom card ↔ ℕ ∈ dom card))
8	6, 7	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ (ℤ ∈ dom card ↔ ℕ ∈ dom card)
9	5, 8	mpbir 234	. . . . 5 ⊢ ℤ ∈ dom card
10		xpnum 10036	. . . . 5 ⊢ ((ℤ ∈ dom card ∧ ℕ ∈ dom card) → (ℤ × ℕ) ∈ dom card)
11	9, 5, 10	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (ℤ × ℕ) ∈ dom card
12		eqid 2760	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦))
13		ovex 7454	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 / 𝑦) ∈ V
14	12, 13	fnmpoi 8082	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) Fn (ℤ × ℕ)
15	12	rnmpo 7554	. . . . . 6 ⊢ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦)}
16		elq 13081	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℚ ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦))
17	16	eqabi 2895	. . . . . 6 ⊢ ℚ = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦)}
18	15, 17	eqtr4i 2786	. . . . 5 ⊢ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = ℚ
19		df-fo 6545	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)):(ℤ × ℕ)–onto→ℚ ↔ ((𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) Fn (ℤ × ℕ) ∧ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = ℚ))
20	14, 18, 19	mpbir2an 724	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)):(ℤ × ℕ)–onto→ℚ
21		fodomnum 10140	. . . 4 ⊢ ((ℤ × ℕ) ∈ dom card → ((𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)):(ℤ × ℕ)–onto→ℚ → ℚ ≼ (ℤ × ℕ)))
22	11, 20, 21	mp2 9	. . 3 ⊢ ℚ ≼ (ℤ × ℕ)
23		nnex 12345	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
24	23	enref 9016	. . . . 5 ⊢ ℕ ≈ ℕ
25		xpen 9163	. . . . 5 ⊢ ((ℤ ≈ ℕ ∧ ℕ ≈ ℕ) → (ℤ × ℕ) ≈ (ℕ × ℕ))
26	6, 24, 25	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (ℤ × ℕ) ≈ (ℕ × ℕ)
27		xpnnen 16385	. . . 4 ⊢ (ℕ × ℕ) ≈ ℕ
28	26, 27	entri 9039	. . 3 ⊢ (ℤ × ℕ) ≈ ℕ
29		domentr 9044	. . 3 ⊢ ((ℚ ≼ (ℤ × ℕ) ∧ (ℤ × ℕ) ≈ ℕ) → ℚ ≼ ℕ)
30	22, 28, 29	mp2an 705	. 2 ⊢ ℚ ≼ ℕ
31		qex 13092	. . 3 ⊢ ℚ ∈ V
32		nnssq 13089	. . 3 ⊢ ℕ ⊆ ℚ
33		ssdomg 9031	. . 3 ⊢ (ℚ ∈ V → (ℕ ⊆ ℚ → ℕ ≼ ℚ))
34	31, 32, 33	mp2 9	. 2 ⊢ ℕ ≼ ℚ
35		sbth 9120	. 2 ⊢ ((ℚ ≼ ℕ ∧ ℕ ≼ ℚ) → ℚ ≈ ℕ)
36	30, 34, 35	mp2an 705	1 ⊢ ℚ ≈ ℕ

This proof depends on syntax axioms:   ↔ wb 209   = wceq 1569   ∈ wcel 2144  {cab 2738  ∃wrex 3086  Vcvv 3450   ⊆ wss 3895   class class class wbr 5102   × cxp 5648  dom cdm 5650  ran crn 5651  Oncon0 6362   Fn wfn 6534  –onto→wfo 6537  (class class class)co 7421   ∈ cmpo 7423  ωcom 7878   ≈ cen 8974   ≼ cdom 8975  cardccrd 10020   / cdiv 11977  ℕcn 12339  ℤcz 12697  ℚcq 13079

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-inf2 9646  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-isom 6548  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-1o 8480  df-oadd 8484  df-omul 8485  df-er 8721  df-map 8853  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-fin 8981  df-oi 9508  df-card 10024  df-acn 10027  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-div 11978  df-nn 12340  df-n0 12611  df-z 12698  df-uz 12970  df-q 13080

This theorem is used by:  rpnnen  16401  resdomq  16418  ex-chn2  18818  re2ndc  25126  ovolq  25818  opnmblALT  25930  vitali  25940  mbfimaopnlem  25982  mbfaddlem  25987  mblfinlem1  38669  irrapx1  43929  qenom  46467