Metamath Proof Explorer


Theorem sqrt2irrlem

Description: Lemma for sqrt2irr . This is the core of the proof: if A / B = sqrt ( 2 ) , then A and B are even, so A / 2 and B / 2 are smaller representatives, which is absurd by the method of infinite descent (here implemented by strong induction). This is Metamath 100 proof #1. (Contributed by NM, 20-Aug-2001) (Revised by Mario Carneiro, 12-Sep-2015) (Proof shortened by JV, 4-Jan-2022)

Ref Expression
Hypotheses sqrt2irrlem.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
sqrt2irrlem.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„• )
sqrt2irrlem.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆš โ€˜ 2 ) = ( ๐ด / ๐ต ) )
Assertion sqrt2irrlem ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐ต / 2 ) โˆˆ โ„• ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sqrt2irrlem.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
2 sqrt2irrlem.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„• )
3 sqrt2irrlem.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆš โ€˜ 2 ) = ( ๐ด / ๐ต ) )
4 2cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
5 4 sqsqrtd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โˆš โ€˜ 2 ) โ†‘ 2 ) = 2 )
6 3 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โˆš โ€˜ 2 ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ด / ๐ต ) โ†‘ 2 ) )
7 5 6 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 = ( ( ๐ด / ๐ต ) โ†‘ 2 ) )
8 1 zcnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
9 2 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
10 2 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โ‰  0 )
11 8 9 10 sqdivd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / ๐ต ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) )
12 7 11 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) )
13 12 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) ยท ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) )
14 8 sqcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
15 2 nnsqcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„• )
16 15 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
17 15 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) โ‰  0 )
18 14 16 17 divcan1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) ยท ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
19 13 18 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
20 19 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 2 ยท ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) / 2 ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) )
21 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
22 21 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โ‰  0 )
23 16 4 22 divcan3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 2 ยท ( ๐ต โ†‘ 2 ) ) / 2 ) = ( ๐ต โ†‘ 2 ) )
24 20 23 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) = ( ๐ต โ†‘ 2 ) )
25 24 15 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„• )
26 25 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„ค )
27 zesq โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โˆˆ โ„ค โ†” ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„ค ) )
28 1 27 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โˆˆ โ„ค โ†” ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„ค ) )
29 26 28 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด / 2 ) โˆˆ โ„ค )
30 4 sqvald โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 โ†‘ 2 ) = ( 2 ยท 2 ) )
31 30 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( 2 โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( 2 ยท 2 ) ) )
32 8 4 22 sqdivd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( 2 โ†‘ 2 ) ) )
33 14 4 4 22 22 divdiv1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) / 2 ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / ( 2 ยท 2 ) ) )
34 31 32 33 3eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) / 2 ) )
35 24 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) / 2 ) / 2 ) = ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) )
36 34 35 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) )
37 zsqcl โŠข ( ( ๐ด / 2 ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„ค )
38 29 37 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„ค )
39 36 38 eqeltrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„ค )
40 15 nnrpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ต โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„+ )
41 40 rphalfcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„+ )
42 41 rpgt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) )
43 elnnz โŠข ( ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„• โ†” ( ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„ค โˆง 0 < ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) ) )
44 39 42 43 sylanbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„• )
45 nnesq โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ต / 2 ) โˆˆ โ„• โ†” ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„• ) )
46 2 45 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ต / 2 ) โˆˆ โ„• โ†” ( ( ๐ต โ†‘ 2 ) / 2 ) โˆˆ โ„• ) )
47 44 46 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ต / 2 ) โˆˆ โ„• )
48 29 47 jca โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด / 2 ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐ต / 2 ) โˆˆ โ„• ) )