Theorem qnnen 16374

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 9640	. . . . . . 7 ⊢ ω ∈ On
2		nnenom 14116	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ≈ ω
3	2	ensymi 9024	. . . . . . 7 ⊢ ω ≈ ℕ
4		isnumi 10020	. . . . . . 7 ⊢ ((ω ∈ On ∧ ω ≈ ℕ) → ℕ ∈ dom card)
5	1, 3, 4	mp2an 705	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ dom card
6		znnen 16373	. . . . . . 7 ⊢ ℤ ≈ ℕ
7		ennum 10021	. . . . . . 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 10025	. . . . 5 ⊢ ((ℤ ∈ dom card ∧ ℕ ∈ dom card) → (ℤ × ℕ) ∈ dom card)
11	9, 5, 10	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (ℤ × ℕ) ∈ dom card
12		eqid 2761	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦))
13		ovex 7451	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 / 𝑦) ∈ V
14	12, 13	fnmpoi 8079	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) Fn (ℤ × ℕ)
15	12	rnmpo 7551	. . . . . 6 ⊢ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦)}
16		elq 13070	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℚ ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦))
17	16	eqabi 2896	. . . . . 6 ⊢ ℚ = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ 𝑧 = (𝑥 / 𝑦)}
18	15, 17	eqtr4i 2787	. . . . 5 ⊢ ran (𝑥 ∈ ℤ, 𝑦 ∈ ℕ ↦ (𝑥 / 𝑦)) = ℚ
19		df-fo 6543	. . . . 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 10129	. . . 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 12334	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
24	23	enref 9005	. . . . 5 ⊢ ℕ ≈ ℕ
25		xpen 9152	. . . . 5 ⊢ ((ℤ ≈ ℕ ∧ ℕ ≈ ℕ) → (ℤ × ℕ) ≈ (ℕ × ℕ))
26	6, 24, 25	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (ℤ × ℕ) ≈ (ℕ × ℕ)
27		xpnnen 16372	. . . 4 ⊢ (ℕ × ℕ) ≈ ℕ
28	26, 27	entri 9028	. . 3 ⊢ (ℤ × ℕ) ≈ ℕ
29		domentr 9033	. . 3 ⊢ ((ℚ ≼ (ℤ × ℕ) ∧ (ℤ × ℕ) ≈ ℕ) → ℚ ≼ ℕ)
30	22, 28, 29	mp2an 705	. 2 ⊢ ℚ ≼ ℕ
31		qex 13081	. . 3 ⊢ ℚ ∈ V
32		nnssq 13078	. . 3 ⊢ ℕ ⊆ ℚ
33		ssdomg 9020	. . 3 ⊢ (ℚ ∈ V → (ℕ ⊆ ℚ → ℕ ≼ ℚ))
34	31, 32, 33	mp2 9	. 2 ⊢ ℕ ≼ ℚ
35		sbth 9109	. 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 2145  {cab 2739  ∃wrex 3087  Vcvv 3451   ⊆ wss 3899   class class class wbr 5103   × cxp 5649  dom cdm 5651  ran crn 5652  Oncon0 6361   Fn wfn 6532  –onto→wfo 6535  (class class class)co 7418   ∈ cmpo 7420  ωcom 7875   ≈ cen 8963   ≼ cdom 8964  cardccrd 10009   / cdiv 11966  ℕcn 12328  ℤcz 12686  ℚcq 13068

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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-inf2 9635  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270

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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-oadd 8473  df-omul 8474  df-er 8710  df-map 8842  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-oi 9497  df-card 10013  df-acn 10016  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-div 11967  df-nn 12329  df-n0 12600  df-z 12687  df-uz 12959  df-q 13069

This theorem is used by:  rpnnen  16388  resdomq  16405  ex-chn2  18805  re2ndc  25113  ovolq  25805  opnmblALT  25917  vitali  25927  mbfimaopnlem  25969  mbfaddlem  25974  mblfinlem1  38555  irrapx1  43814  qenom  46342