Metamath Proof Explorer


Theorem archnq

Description: For any fraction, there is an integer that is greater than it. This is also known as the "archimedean property". (Contributed by Mario Carneiro, 10-May-2013) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion archnq ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ N ๐ด <Q โŸจ ๐‘ฅ , 1o โŸฉ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elpqn โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ๐ด โˆˆ ( N ร— N ) )
2 xp1st โŠข ( ๐ด โˆˆ ( N ร— N ) โ†’ ( 1st โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N )
3 1 2 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( 1st โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N )
4 1pi โŠข 1o โˆˆ N
5 addclpi โŠข ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N โˆง 1o โˆˆ N ) โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N )
6 3 4 5 sylancl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N )
7 xp2nd โŠข ( ๐ด โˆˆ ( N ร— N ) โ†’ ( 2nd โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N )
8 1 7 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( 2nd โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N )
9 mulclpi โŠข ( ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N โˆง ( 2nd โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N ) โ†’ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ N )
10 6 8 9 syl2anc โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ N )
11 eqid โŠข ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o )
12 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = 1o โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N ๐‘ฅ ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
13 12 eqeq1d โŠข ( ๐‘ฅ = 1o โ†’ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N ๐‘ฅ ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โ†” ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ) )
14 13 rspcev โŠข ( ( 1o โˆˆ N โˆง ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N ๐‘ฅ ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
15 4 11 14 mp2an โŠข โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N ๐‘ฅ ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o )
16 ltexpi โŠข ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N โˆง ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N ) โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N ๐‘ฅ ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ) )
17 15 16 mpbiri โŠข ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N โˆง ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N ) โ†’ ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
18 3 6 17 syl2anc โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
19 nlt1pi โŠข ยฌ ( 2nd โ€˜ ๐ด ) <N 1o
20 ltmpi โŠข ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N โ†’ ( ( 2nd โ€˜ ๐ด ) <N 1o โ†” ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN 1o ) ) )
21 6 20 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( 2nd โ€˜ ๐ด ) <N 1o โ†” ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN 1o ) ) )
22 mulidpi โŠข ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N โ†’ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN 1o ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
23 6 22 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN 1o ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
24 23 breq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN 1o ) โ†” ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ) )
25 21 24 bitrd โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( 2nd โ€˜ ๐ด ) <N 1o โ†” ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ) )
26 19 25 mtbii โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ยฌ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) )
27 ltsopi โŠข <N Or N
28 ltrelpi โŠข <N โŠ† ( N ร— N )
29 27 28 sotri3 โŠข ( ( ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ N โˆง ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆง ยฌ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) <N ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ) โ†’ ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) )
30 10 18 26 29 syl3anc โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) )
31 pinq โŠข ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N โ†’ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ โˆˆ Q )
32 6 31 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ โˆˆ Q )
33 ordpinq โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Q โˆง โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ โˆˆ Q ) โ†’ ( ๐ด <Q โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ โ†” ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN ( 2nd โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ) <N ( ( 1st โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) ) )
34 32 33 mpdan โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ๐ด <Q โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ โ†” ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN ( 2nd โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ) <N ( ( 1st โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) ) )
35 ovex โŠข ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ V
36 1oex โŠข 1o โˆˆ V
37 35 36 op2nd โŠข ( 2nd โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) = 1o
38 37 oveq2i โŠข ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN ( 2nd โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN 1o )
39 mulidpi โŠข ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) โˆˆ N โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN 1o ) = ( 1st โ€˜ ๐ด ) )
40 3 39 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN 1o ) = ( 1st โ€˜ ๐ด ) )
41 38 40 eqtrid โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN ( 2nd โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ) = ( 1st โ€˜ ๐ด ) )
42 35 36 op1st โŠข ( 1st โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o )
43 42 oveq1i โŠข ( ( 1st โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) )
44 43 a1i โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( 1st โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) )
45 41 44 breq12d โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) ยทN ( 2nd โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ) <N ( ( 1st โ€˜ โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) โ†” ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) ) )
46 34 45 bitrd โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ( ๐ด <Q โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ โ†” ( 1st โ€˜ ๐ด ) <N ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) ยทN ( 2nd โ€˜ ๐ด ) ) ) )
47 30 46 mpbird โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ ๐ด <Q โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ )
48 opeq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โ†’ โŸจ ๐‘ฅ , 1o โŸฉ = โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ )
49 48 breq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โ†’ ( ๐ด <Q โŸจ ๐‘ฅ , 1o โŸฉ โ†” ๐ด <Q โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) )
50 49 rspcev โŠข ( ( ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) โˆˆ N โˆง ๐ด <Q โŸจ ( ( 1st โ€˜ ๐ด ) +N 1o ) , 1o โŸฉ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ N ๐ด <Q โŸจ ๐‘ฅ , 1o โŸฉ )
51 6 47 50 syl2anc โŠข ( ๐ด โˆˆ Q โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ N ๐ด <Q โŸจ ๐‘ฅ , 1o โŸฉ )