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

Theorem irrapx1 36410
 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 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ≈ ℕ)
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 14781 . . . 4 ℚ ≈ ℕ
2 nnenom 12641 . . . 4 ℕ ≈ ω
31, 2entri 7896 . . 3 ℚ ≈ ω
43, 2pm3.2i 470 . 2 (ℚ ≈ ω ∧ ℕ ≈ ω)
5 ssrab2 3650 . . . . . 6 {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ⊆ ℚ
6 qssre 11674 . . . . . 6 ℚ ⊆ ℝ
75, 6sstri 3577 . . . . 5 {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ⊆ ℝ
87a1i 11 . . . 4 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ⊆ ℝ)
9 eldifi 3694 . . . . 5 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → 𝐴 ∈ ℝ+)
109rpred 11748 . . . 4 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → 𝐴 ∈ ℝ)
11 eldifn 3695 . . . . 5 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → ¬ 𝐴 ∈ ℚ)
12 elrabi 3328 . . . . 5 (𝐴 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} → 𝐴 ∈ ℚ)
1311, 12nsyl 134 . . . 4 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → ¬ 𝐴 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))})
14 irrapxlem6 36409 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ+𝑎 ∈ ℝ+) → ∃𝑏 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} (abs‘(𝑏𝐴)) < 𝑎)
159, 14sylan 487 . . . . 5 ((𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) ∧ 𝑎 ∈ ℝ+) → ∃𝑏 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} (abs‘(𝑏𝐴)) < 𝑎)
1615ralrimiva 2949 . . . 4 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → ∀𝑎 ∈ ℝ+𝑏 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} (abs‘(𝑏𝐴)) < 𝑎)
17 rencldnfi 36403 . . . 4 ((({𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ ∧ ¬ 𝐴 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))}) ∧ ∀𝑎 ∈ ℝ+𝑏 ∈ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} (abs‘(𝑏𝐴)) < 𝑎) → ¬ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ∈ Fin)
188, 10, 13, 16, 17syl31anc 1321 . . 3 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → ¬ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ∈ Fin)
1918, 5jctil 558 . 2 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → ({𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ⊆ ℚ ∧ ¬ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ∈ Fin))
20 ctbnfien 36400 . 2 (((ℚ ≈ ω ∧ ℕ ≈ ω) ∧ ({𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ⊆ ℚ ∧ ¬ {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ∈ Fin)) → {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ≈ ℕ)
214, 19, 20sylancr 694 1 (𝐴 ∈ (ℝ+ ∖ ℚ) → {𝑦 ∈ ℚ ∣ (0 < 𝑦 ∧ (abs‘(𝑦𝐴)) < ((denom‘𝑦)↑-2))} ≈ ℕ)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 383   ∈ wcel 1977  ∀wral 2896  ∃wrex 2897  {crab 2900   ∖ cdif 3537   ⊆ wss 3540   class class class wbr 4583  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  ωcom 6957   ≈ cen 7838  Fincfn 7841  ℝcr 9814  0cc0 9815   < clt 9953   − cmin 10145  -cneg 10146  ℕcn 10897  2c2 10947  ℚcq 11664  ℝ+crp 11708  ↑cexp 12722  abscabs 13822  denomcdenom 15280 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-oadd 7451  df-omul 7452  df-er 7629  df-map 7746  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-acn 8651  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-ico 12052  df-fz 12198  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-numer 15281  df-denom 15282 This theorem is referenced by:  pellexlem4  36414
 Copyright terms: Public domain W3C validator