MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  qexpz Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem qexpz 15443
Description: If a power of a rational number is an integer, then the number is an integer. In other words, all n-th roots are irrational unless they are integers (so that the original number is an n-th power). (Contributed by Mario Carneiro, 10-Aug-2015.)
Assertion
Ref Expression
qexpz ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) → 𝐴 ∈ ℤ)

Proof of Theorem qexpz
Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eleq1 2676 . 2 (𝐴 = 0 → (𝐴 ∈ ℤ ↔ 0 ∈ ℤ))
2 simpll2 1094 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℕ)
32nncnd 10913 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℂ)
43mul01d 10114 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑁 · 0) = 0)
5 simpr 476 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℙ)
6 simpll3 1095 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝐴𝑁) ∈ ℤ)
7 simpll1 1093 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℚ)
8 qcn 11678 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℂ)
97, 8syl 17 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℂ)
10 simplr 788 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ≠ 0)
112nnzd 11357 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℤ)
129, 10, 11expne0d 12876 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝐴𝑁) ≠ 0)
13 pczcl 15391 . . . . . . . . 9 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ ((𝐴𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐴𝑁) ≠ 0)) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) ∈ ℕ0)
145, 6, 12, 13syl12anc 1316 . . . . . . . 8 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) ∈ ℕ0)
1514nn0ge0d 11231 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)))
16 pcexp 15402 . . . . . . . 8 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) = (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
175, 7, 10, 11, 16syl121anc 1323 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝐴𝑁)) = (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
1815, 17breqtrd 4609 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
194, 18eqbrtrd 4605 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴)))
20 0red 9920 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ∈ ℝ)
21 pcqcl 15399 . . . . . . . 8 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐴 ≠ 0)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℤ)
225, 7, 10, 21syl12anc 1316 . . . . . . 7 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℤ)
2322zred 11358 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℝ)
242nnred 10912 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℝ)
252nngt0d 10941 . . . . . 6 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 < 𝑁)
26 lemul2 10755 . . . . . 6 ((0 ∈ ℝ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℝ ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑁)) → (0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴))))
2720, 23, 24, 25, 26syl112anc 1322 . . . . 5 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑁 · 0) ≤ (𝑁 · (𝑝 pCnt 𝐴))))
2819, 27mpbird 246 . . . 4 ((((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
2928ralrimiva 2949 . . 3 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
30 simpl1 1057 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℚ)
31 pcz 15423 . . . 4 (𝐴 ∈ ℚ → (𝐴 ∈ ℤ ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴)))
3230, 31syl 17 . . 3 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 ∈ ℤ ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ 0 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴)))
3329, 32mpbird 246 . 2 (((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℤ)
34 0zd 11266 . 2 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) → 0 ∈ ℤ)
351, 33, 34pm2.61ne 2867 1 ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝐴𝑁) ∈ ℤ) → 𝐴 ∈ ℤ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 195  wa 383  w3a 1031   = wceq 1475  wcel 1977  wne 2780  wral 2896   class class class wbr 4583  (class class class)co 6549  cc 9813  cr 9814  0cc0 9815   · cmul 9820   < clt 9953  cle 9954  cn 10897  0cn0 11169  cz 11254  cq 11664  cexp 12722  cprime 15223   pCnt cpc 15379
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-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  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-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-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-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  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-z 11255  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-prm 15224  df-pc 15380
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator