Metamath Proof Explorer


Theorem logbgcd1irr

Description: The logarithm of an integer greater than 1 to an integer base greater than 1 is an irrational number if the argument and the base are relatively prime. For example, ( 2 logb 9 ) e. ( RR \ QQ ) (see 2logb9irr ). (Contributed by AV, 29-Dec-2022)

Ref Expression
Assertion logbgcd1irr ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ ( โ„ โˆ– โ„š ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eluz2nn โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„• )
2 1 nnrpd โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
3 2 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
4 eluz2nn โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„• )
5 4 nnrpd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„+ )
6 5 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„+ )
7 eluz2b3 โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†” ( ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โ‰  1 ) )
8 7 simprbi โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โ‰  1 )
9 8 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐ต โ‰  1 )
10 3 6 9 3jca โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โˆง ๐ต โ‰  1 ) )
11 relogbcl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โˆง ๐ต โ‰  1 ) โ†’ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„ )
12 10 11 syl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„ )
13 eluz2gt1 โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ 1 < ๐‘‹ )
14 13 adantr โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ 1 < ๐‘‹ )
15 4 adantr โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„• )
16 15 nnrpd โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„+ )
17 1 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„• )
18 17 nnrpd โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
19 eluz2gt1 โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ 1 < ๐ต )
20 19 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ 1 < ๐ต )
21 logbgt0b โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โˆง ( ๐ต โˆˆ โ„+ โˆง 1 < ๐ต ) ) โ†’ ( 0 < ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โ†” 1 < ๐‘‹ ) )
22 16 18 20 21 syl12anc โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( 0 < ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โ†” 1 < ๐‘‹ ) )
23 14 22 mpbird โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ 0 < ( ๐ต logb ๐‘‹ ) )
24 23 anim1ci โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š ) โ†’ ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š โˆง 0 < ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) )
25 elpq โŠข ( ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š โˆง 0 < ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘š โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) )
26 24 25 syl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š ) โ†’ โˆƒ ๐‘š โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) )
27 26 ex โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š โ†’ โˆƒ ๐‘š โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) ) )
28 oveq2 โŠข ( ( ๐‘š / ๐‘› ) = ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) = ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) )
29 28 eqcoms โŠข ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) = ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) )
30 eluzelcn โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
31 30 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
32 nnne0 โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ๐ต โ‰  0 )
33 1 32 syl โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โ‰  0 )
34 33 8 nelprd โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ยฌ ๐ต โˆˆ { 0 , 1 } )
35 34 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ยฌ ๐ต โˆˆ { 0 , 1 } )
36 31 35 eldifd โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) )
37 eluzelcn โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
38 37 adantr โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
39 nnne0 โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘‹ โ‰  0 )
40 nelsn โŠข ( ๐‘‹ โ‰  0 โ†’ ยฌ ๐‘‹ โˆˆ { 0 } )
41 4 39 40 3syl โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ยฌ ๐‘‹ โˆˆ { 0 } )
42 41 adantr โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ยฌ ๐‘‹ โˆˆ { 0 } )
43 38 42 eldifd โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
44 cxplogb โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) = ๐‘‹ )
45 36 43 44 syl2anc โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) = ๐‘‹ )
46 45 adantr โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) ) = ๐‘‹ )
47 29 46 sylan9eqr โŠข ( ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โˆง ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) = ๐‘‹ )
48 47 ex โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) = ๐‘‹ ) )
49 oveq1 โŠข ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) = ๐‘‹ โ†’ ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) )
50 31 adantr โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
51 nncn โŠข ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„‚ )
52 51 adantr โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„‚ )
53 nncn โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„‚ )
54 53 adantl โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„‚ )
55 nnne0 โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘› โ‰  0 )
56 55 adantl โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โ‰  0 )
57 52 54 56 3jca โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘š โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โ‰  0 ) )
58 divcl โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โ‰  0 ) โ†’ ( ๐‘š / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
59 57 58 syl โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘š / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
60 59 adantl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐‘š / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
61 nnnn0 โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
62 61 adantl โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
63 62 adantl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
64 50 60 63 3jca โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐‘š / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) )
65 cxpmul2 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐‘š / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) ) = ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) )
66 65 eqcomd โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐‘š / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) ) )
67 64 66 syl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) ) )
68 57 adantl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐‘š โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โ‰  0 ) )
69 divcan1 โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘› โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) = ๐‘š )
70 68 69 syl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) = ๐‘š )
71 70 oveq2d โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) ) = ( ๐ต โ†‘๐‘ ๐‘š ) )
72 33 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐ต โ‰  0 )
73 72 adantr โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ๐ต โ‰  0 )
74 nnz โŠข ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„ค )
75 74 adantr โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„ค )
76 75 adantl โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„ค )
77 50 73 76 cxpexpzd โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ๐‘š ) = ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) )
78 71 77 eqtrd โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ( ๐‘š / ๐‘› ) ยท ๐‘› ) ) = ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) )
79 67 78 eqtrd โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) )
80 79 eqeq1d โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†” ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) ) )
81 simpr โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
82 rplpwr โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
83 15 17 81 82 syl2an3an โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
84 oveq1 โŠข ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) โ†’ ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) )
85 84 eqeq1d โŠข ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) โ†’ ( ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
86 85 eqcoms โŠข ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ( ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
87 86 adantl โŠข ( ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โˆง ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
88 eluzelz โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
89 88 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
90 simpl โŠข ( ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„• )
91 rpexp โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘š โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ๐ต gcd ๐ต ) = 1 ) )
92 89 89 90 91 syl2an3an โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ๐ต gcd ๐ต ) = 1 ) )
93 gcdid โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„ค โ†’ ( ๐ต gcd ๐ต ) = ( abs โ€˜ ๐ต ) )
94 88 93 syl โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( ๐ต gcd ๐ต ) = ( abs โ€˜ ๐ต ) )
95 eluzelre โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
96 nnnn0 โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ๐ต โˆˆ โ„•0 )
97 nn0ge0 โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„•0 โ†’ 0 โ‰ค ๐ต )
98 1 96 97 3syl โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ 0 โ‰ค ๐ต )
99 95 98 absidd โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ต ) = ๐ต )
100 94 99 eqtrd โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( ๐ต gcd ๐ต ) = ๐ต )
101 100 eqeq1d โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( ( ๐ต gcd ๐ต ) = 1 โ†” ๐ต = 1 ) )
102 101 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ๐ต gcd ๐ต ) = 1 โ†” ๐ต = 1 ) )
103 102 adantr โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต gcd ๐ต ) = 1 โ†” ๐ต = 1 ) )
104 eqneqall โŠข ( ๐ต = 1 โ†’ ( ๐ต โ‰  1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
105 8 104 syl5com โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( ๐ต = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
106 105 adantl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ๐ต = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
107 106 adantr โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ๐ต = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
108 103 107 sylbid โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
109 92 108 sylbid โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
110 109 adantr โŠข ( ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โˆง ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
111 87 110 sylbid โŠข ( ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โˆง ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
112 111 ex โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ( ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
113 112 com23 โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
114 83 113 syld โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
115 ax-1 โŠข ( ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
116 114 115 pm2.61d1 โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘š ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
117 80 116 sylbid โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
118 49 117 syl5 โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘๐‘ ( ๐‘š / ๐‘› ) ) = ๐‘‹ โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
119 48 118 syld โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) ) โ†’ ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
120 119 rexlimdvva โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘š โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• ( ๐ต logb ๐‘‹ ) = ( ๐‘š / ๐‘› ) โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
121 27 120 syld โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š โ†’ ยฌ ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) )
122 121 con2d โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š ) )
123 122 3impia โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ยฌ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„š )
124 12 123 eldifd โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘‹ gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต logb ๐‘‹ ) โˆˆ ( โ„ โˆ– โ„š ) )