Theorem qnnen 16287

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 9618	. . . . . . 7 ⊢ ω ∈ On
2		nnenom 14030	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ≈ ω
3	2	ensymi 9003	. . . . . . 7 ⊢ ω ≈ ℕ
4		isnumi 9944	. . . . . . 7 ⊢ ((ω ∈ On ∧ ω ≈ ℕ) → ℕ ∈ dom card)
5	1, 3, 4	mp2an 705	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ dom card
6		znnen 16286	. . . . . . 7 ⊢ ℤ ≈ ℕ
7		ennum 9945	. . . . . . 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 9949	. . . . 5 ⊢ ((ℤ ∈ dom card ∧ ℕ ∈ dom card) → (ℤ × ℕ) ∈ dom card)
11	9, 5, 10	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (ℤ × ℕ) ∈ dom card
12		eqid 2765	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦))
13		ovex 7449	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 / 𝑦) ∈ V
14	12, 13	fnmpoi 8069	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) Fn (ℤ × ℕ)
15	12	rnmpo 7549	. . . . . 6 ⊢ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦)}
16		elq 12986	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℚ ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦))
17	16	eqabi 2900	. . . . . 6 ⊢ ℚ = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦)}
18	15, 17	eqtr4i 2791	. . . . 5 ⊢ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = ℚ
19		df-fo 6546	. . . . 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 10053	. . . 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 12250	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
24	23	enref 8984	. . . . 5 ⊢ ℕ ≈ ℕ
25		xpen 9131	. . . . 5 ⊢ ((ℤ ≈ ℕ ∧ ℕ ≈ ℕ) → (ℤ × ℕ) ≈ (ℕ × ℕ))
26	6, 24, 25	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (ℤ × ℕ) ≈ (ℕ × ℕ)
27		xpnnen 16285	. . . 4 ⊢ (ℕ × ℕ) ≈ ℕ
28	26, 27	entri 9007	. . 3 ⊢ (ℤ × ℕ) ≈ ℕ
29		domentr 9012	. . 3 ⊢ ((ℚ ≼ (ℤ × ℕ) ∧ (ℤ × ℕ) ≈ ℕ) → ℚ ≼ ℕ)
30	22, 28, 29	mp2an 705	. 2 ⊢ ℚ ≼ ℕ
31		qex 12997	. . 3 ⊢ ℚ ∈ V
32		nnssq 12994	. . 3 ⊢ ℕ ⊆ ℚ
33		ssdomg 8999	. . 3 ⊢ (ℚ ∈ V → (ℕ ⊆ ℚ → ℕ ≼ ℚ))
34	31, 32, 33	mp2 9	. 2 ⊢ ℕ ≼ ℚ
35		sbth 9088	. 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 1570   ∈ wcel 2146  {cab 2743  ∃wrex 3091  Vcvv 3457   ⊆ wss 3906   class class class wbr 5111   × cxp 5661  dom cdm 5663  ran crn 5664  Oncon0 6364   Fn wfn 6535  –onto→wfo 6538  (class class class)co 7416   ∈ cmpo 7418  ωcom 7864   ≈ cen 8942   ≼ cdom 8943  cardccrd 9933   / cdiv 11882  ℕcn 12244  ℤcz 12602  ℚcq 12984

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738  ax-inf2 9613  ax-cnex 11167  ax-resscn 11168  ax-1cn 11169  ax-icn 11170  ax-addcl 11171  ax-addrcl 11172  ax-mulcl 11173  ax-mulrcl 11174  ax-mulcom 11175  ax-addass 11176  ax-mulass 11177  ax-distr 11178  ax-i2m1 11179  ax-1ne0 11180  ax-1rid 11181  ax-rnegex 11182  ax-rrecex 11183  ax-cnre 11184  ax-pre-lttri 11185  ax-pre-lttrn 11186  ax-pre-ltadd 11187  ax-pre-mulgt0 11188

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-se 5617  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7865  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-oadd 8459  df-omul 8460  df-er 8696  df-map 8828  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-oi 9475  df-card 9937  df-acn 9940  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11454  df-neg 11455  df-div 11883  df-nn 12245  df-n0 12516  df-z 12603  df-uz 12875  df-q 12985

This theorem is used by:  rpnnen  16301  resdomq  16318  ex-chn2  18712  re2ndc  24989  ovolq  25681  opnmblALT  25793  vitali  25803  mbfimaopnlem  25845  mbfaddlem  25850  mblfinlem1  38341  irrapx1  43588  qenom  46110