Users' Mathboxes Mathbox for Stefan O'Rear < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  irrapx1 Structured version   Unicode version

Theorem irrapx1 35138
Description: Dirichlet's approximation theorem. Every positive irrational number has infinitely many rational approximations which are closer than the inverse squares of their reduced denominators. Lemma 61 in [vandenDries] p. 42. (Contributed by Stefan O'Rear, 14-Sep-2014.)
Assertion
Ref Expression
irrapx1  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  ~~  NN )
Distinct variable group:    y, A

Proof of Theorem irrapx1
Dummy variables  a 
b are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 qnnen 14158 . . . 4  |-  QQ  ~~  NN
2 nnenom 12133 . . . 4  |-  NN  ~~  om
31, 2entri 7609 . . 3  |-  QQ  ~~  om
43, 2pm3.2i 455 . 2  |-  ( QQ 
~~  om  /\  NN  ~~  om )
5 ssrab2 3526 . . . . . 6  |-  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  C_  QQ
6 qssre 11239 . . . . . 6  |-  QQ  C_  RR
75, 6sstri 3453 . . . . 5  |-  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  C_  RR
87a1i 11 . . . 4  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  C_  RR )
9 eldifi 3567 . . . . 5  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  A  e.  RR+ )
109rpred 11306 . . . 4  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  A  e.  RR )
11 eldifn 3568 . . . . 5  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  -.  A  e.  QQ )
12 elrabi 3206 . . . . 5  |-  ( A  e.  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  ->  A  e.  QQ )
1311, 12nsyl 123 . . . 4  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  -.  A  e.  { y  e.  QQ  | 
( 0  <  y  /\  ( abs `  (
y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) } )
14 irrapxlem6 35137 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  RR+  /\  a  e.  RR+ )  ->  E. b  e.  { y  e.  QQ  |  ( 0  < 
y  /\  ( abs `  ( y  -  A
) )  <  (
(denom `  y ) ^ -u 2 ) ) }  ( abs `  (
b  -  A ) )  <  a )
159, 14sylan 471 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  /\  a  e.  RR+ )  ->  E. b  e.  { y  e.  QQ  |  ( 0  < 
y  /\  ( abs `  ( y  -  A
) )  <  (
(denom `  y ) ^ -u 2 ) ) }  ( abs `  (
b  -  A ) )  <  a )
1615ralrimiva 2820 . . . 4  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  A. a  e.  RR+  E. b  e.  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  ( abs `  ( b  -  A ) )  < 
a )
17 rencldnfi 35129 . . . 4  |-  ( ( ( { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  C_  RR  /\  A  e.  RR  /\ 
-.  A  e.  {
y  e.  QQ  | 
( 0  <  y  /\  ( abs `  (
y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) } )  /\  A. a  e.  RR+  E. b  e.  {
y  e.  QQ  | 
( 0  <  y  /\  ( abs `  (
y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  ( abs `  ( b  -  A ) )  < 
a )  ->  -.  { y  e.  QQ  | 
( 0  <  y  /\  ( abs `  (
y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  e.  Fin )
188, 10, 13, 16, 17syl31anc 1235 . . 3  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  -.  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  e.  Fin )
1918, 5jctil 537 . 2  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  ( { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  C_  QQ  /\  -.  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  e.  Fin ) )
20 ctbnfien 35126 . 2  |-  ( ( ( QQ  ~~  om  /\  NN  ~~  om )  /\  ( { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  C_  QQ  /\  -.  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  e.  Fin ) )  ->  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  <  ( (denom `  y ) ^ -u 2
) ) }  ~~  NN )
214, 19, 20sylancr 663 1  |-  ( A  e.  ( RR+  \  QQ )  ->  { y  e.  QQ  |  ( 0  <  y  /\  ( abs `  ( y  -  A ) )  < 
( (denom `  y
) ^ -u 2
) ) }  ~~  NN )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 369    e. wcel 1844   A.wral 2756   E.wrex 2757   {crab 2760    \ cdif 3413    C_ wss 3416   class class class wbr 4397   ` cfv 5571  (class class class)co 6280   omcom 6685    ~~ cen 7553   Fincfn 7556   RRcr 9523   0cc0 9524    < clt 9660    - cmin 9843   -ucneg 9844   NNcn 10578   2c2 10628   QQcq 11229   RR+crp 11267   ^cexp 12212   abscabs 13218  denomcdenom 14478
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1641  ax-4 1654  ax-5 1727  ax-6 1773  ax-7 1816  ax-8 1846  ax-9 1848  ax-10 1863  ax-11 1868  ax-12 1880  ax-13 2028  ax-ext 2382  ax-rep 4509  ax-sep 4519  ax-nul 4527  ax-pow 4574  ax-pr 4632  ax-un 6576  ax-inf2 8093  ax-cnex 9580  ax-resscn 9581  ax-1cn 9582  ax-icn 9583  ax-addcl 9584  ax-addrcl 9585  ax-mulcl 9586  ax-mulrcl 9587  ax-mulcom 9588  ax-addass 9589  ax-mulass 9590  ax-distr 9591  ax-i2m1 9592  ax-1ne0 9593  ax-1rid 9594  ax-rnegex 9595  ax-rrecex 9596  ax-cnre 9597  ax-pre-lttri 9598  ax-pre-lttrn 9599  ax-pre-ltadd 9600  ax-pre-mulgt0 9601  ax-pre-sup 9602
This theorem depends on definitions:  df-bi 187  df-or 370  df-an 371  df-3or 977  df-3an 978  df-tru 1410  df-ex 1636  df-nf 1640  df-sb 1766  df-eu 2244  df-mo 2245  df-clab 2390  df-cleq 2396  df-clel 2399  df-nfc 2554  df-ne 2602  df-nel 2603  df-ral 2761  df-rex 2762  df-reu 2763  df-rmo 2764  df-rab 2765  df-v 3063  df-sbc 3280  df-csb 3376  df-dif 3419  df-un 3421  df-in 3423  df-ss 3430  df-pss 3432  df-nul 3741  df-if 3888  df-pw 3959  df-sn 3975  df-pr 3977  df-tp 3979  df-op 3981  df-uni 4194  df-int 4230  df-iun 4275  df-br 4398  df-opab 4456  df-mpt 4457  df-tr 4492  df-eprel 4736  df-id 4740  df-po 4746  df-so 4747  df-fr 4784  df-se 4785  df-we 4786  df-xp 4831  df-rel 4832  df-cnv 4833  df-co 4834  df-dm 4835  df-rn 4836  df-res 4837  df-ima 4838  df-pred 5369  df-ord 5415  df-on 5416  df-lim 5417  df-suc 5418  df-iota 5535  df-fun 5573  df-fn 5574  df-f 5575  df-f1 5576  df-fo 5577  df-f1o 5578  df-fv 5579  df-isom 5580  df-riota 6242  df-ov 6283  df-oprab 6284  df-mpt2 6285  df-om 6686  df-1st 6786  df-2nd 6787  df-wrecs 7015  df-recs 7077  df-rdg 7115  df-1o 7169  df-oadd 7173  df-omul 7174  df-er 7350  df-map 7461  df-en 7557  df-dom 7558  df-sdom 7559  df-fin 7560  df-sup 7937  df-oi 7971  df-card 8354  df-acn 8357  df-pnf 9662  df-mnf 9663  df-xr 9664  df-ltxr 9665  df-le 9666  df-sub 9845  df-neg 9846  df-div 10250  df-nn 10579  df-2 10637  df-3 10638  df-n0 10839  df-z 10908  df-uz 11130  df-q 11230  df-rp 11268  df-ico 11590  df-fz 11729  df-fl 11968  df-mod 12037  df-seq 12154  df-exp 12213  df-hash 12455  df-cj 13083  df-re 13084  df-im 13085  df-sqrt 13219  df-abs 13220  df-dvds 14198  df-gcd 14356  df-numer 14479  df-denom 14480
This theorem is referenced by:  pellexlem4  35142
  Copyright terms: Public domain W3C validator