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Theorem elq2

Description: Elementhood in the rational numbers, providing the canonical representation. (Contributed by Thierry Arnoux, 9-Nov-2025)

Ref Expression
Assertion elq2 ⊢ Q ∈ ℚ → ∃ p ∈ ℤ ∃ q ∈ ℕ Q = p q ∧ p gcd q = 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq1 ⊢ p = x x gcd y → p q = x x gcd y q
2 1 eqeq2d ⊢ p = x x gcd y → Q = p q ↔ Q = x x gcd y q
3 oveq1 ⊢ p = x x gcd y → p gcd q = x x gcd y gcd q
4 3 eqeq1d ⊢ p = x x gcd y → p gcd q = 1 ↔ x x gcd y gcd q = 1
5 2 4 anbi12d ⊢ p = x x gcd y → Q = p q ∧ p gcd q = 1 ↔ Q = x x gcd y q ∧ x x gcd y gcd q = 1
6 oveq2 ⊢ q = y x gcd y → x x gcd y q = x x gcd y y x gcd y
7 6 eqeq2d ⊢ q = y x gcd y → Q = x x gcd y q ↔ Q = x x gcd y y x gcd y
8 oveq2 ⊢ q = y x gcd y → x x gcd y gcd q = x x gcd y gcd y x gcd y
9 8 eqeq1d ⊢ q = y x gcd y → x x gcd y gcd q = 1 ↔ x x gcd y gcd y x gcd y = 1
10 7 9 anbi12d ⊢ q = y x gcd y → Q = x x gcd y q ∧ x x gcd y gcd q = 1 ↔ Q = x x gcd y y x gcd y ∧ x x gcd y gcd y x gcd y = 1
11 simpllr ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x ∈ ℤ
12 simplr ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → y ∈ ℕ
13 12 nnzd ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → y ∈ ℤ
14 12 nnne0d ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → y ≠ 0
15 divgcdz ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ ∧ y ≠ 0 → x x gcd y ∈ ℤ
16 11 13 14 15 syl3anc ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x x gcd y ∈ ℤ
17 divgcdnnr ⊢ y ∈ ℕ ∧ x ∈ ℤ → y x gcd y ∈ ℕ
18 12 11 17 syl2anc ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → y x gcd y ∈ ℕ
19 simpr ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → Q = x y
20 11 zcnd ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x ∈ ℂ
21 12 nncnd ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → y ∈ ℂ
22 11 13 gcdcld ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x gcd y ∈ ℕ 0
23 22 nn0cnd ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x gcd y ∈ ℂ
24 14 neneqd ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → ¬ y = 0
25 24 intnand ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → ¬ x = 0 ∧ y = 0
26 gcdeq0 ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x gcd y = 0 ↔ x = 0 ∧ y = 0
27 26 necon3abid ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x gcd y ≠ 0 ↔ ¬ x = 0 ∧ y = 0
28 27 biimpar ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ ∧ ¬ x = 0 ∧ y = 0 → x gcd y ≠ 0
29 11 13 25 28 syl21anc ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x gcd y ≠ 0
30 20 21 23 14 29 divcan7d ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x x gcd y y x gcd y = x y
31 19 30 eqtr4d ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → Q = x x gcd y y x gcd y
32 divgcdcoprm0 ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ ∧ y ≠ 0 → x x gcd y gcd y x gcd y = 1
33 11 13 14 32 syl3anc ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → x x gcd y gcd y x gcd y = 1
34 31 33 jca ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → Q = x x gcd y y x gcd y ∧ x x gcd y gcd y x gcd y = 1
35 5 10 16 18 34 2rspcedvdw ⊢ Q ∈ ℚ ∧ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ Q = x y → ∃ p ∈ ℤ ∃ q ∈ ℕ Q = p q ∧ p gcd q = 1
36 elq ⊢ Q ∈ ℚ ↔ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ Q = x y
37 36 biimpi ⊢ Q ∈ ℚ → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ Q = x y
38 35 37 r19.29vva ⊢ Q ∈ ℚ → ∃ p ∈ ℤ ∃ q ∈ ℕ Q = p q ∧ p gcd q = 1