Theorem appdivnq 6753

Description: Approximate division for positive rationals. Proposition 12.7 of [BauerTaylor], p. 55 (a special case where 𝐴 and 𝐵 are positive, as well as 𝐶). Our proof is simpler than the one in BauerTaylor because we have reciprocals. (Contributed by Jim Kingdon, 8-Dec-2019.)

Assertion

Ref	Expression
appdivnq	⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → ∃𝑚 ∈ Q (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑚   𝐵,𝑚   𝐶,𝑚

Proof of Theorem appdivnq

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl 107	. . . 4 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → 𝐴 <Q 𝐵)
2		ltrelnq 6555	. . . . . . . 8 ⊢ <Q ⊆ (Q × Q)
3	2	brel 4410	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 <Q 𝐵 → (𝐴 ∈ Q ∧ 𝐵 ∈ Q))
4	3	adantr 270	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → (𝐴 ∈ Q ∧ 𝐵 ∈ Q))
5	4	simpld 110	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → 𝐴 ∈ Q)
6	4	simprd 112	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → 𝐵 ∈ Q)
7		recclnq 6582	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ Q → (*Q‘𝐶) ∈ Q)
8	7	adantl 271	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → (*Q‘𝐶) ∈ Q)
9		ltmnqg 6591	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ Q ∧ 𝐵 ∈ Q ∧ (*Q‘𝐶) ∈ Q) → (𝐴 <Q 𝐵 ↔ ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)))
10	5, 6, 8, 9	syl3anc 1169	. . . 4 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → (𝐴 <Q 𝐵 ↔ ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)))
11	1, 10	mpbid 145	. . 3 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵))
12		ltbtwnnqq 6605	. . 3 ⊢ (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ↔ ∃𝑚 ∈ Q (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ∧ 𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)))
13	11, 12	sylib 120	. 2 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → ∃𝑚 ∈ Q (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ∧ 𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)))
14	8	adantr 270	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (*Q‘𝐶) ∈ Q)
15	5	adantr 270	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → 𝐴 ∈ Q)
16		mulclnq 6566	. . . . . . . . 9 ⊢ (((*Q‘𝐶) ∈ Q ∧ 𝐴 ∈ Q) → ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) ∈ Q)
17	14, 15, 16	syl2anc 403	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) ∈ Q)
18		simpr 108	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → 𝑚 ∈ Q)
19		simplr 496	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → 𝐶 ∈ Q)
20		ltmnqg 6591	. . . . . . . 8 ⊢ ((((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) ∈ Q ∧ 𝑚 ∈ Q ∧ 𝐶 ∈ Q) → (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ↔ (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴)) <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
21	17, 18, 19, 20	syl3anc 1169	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ↔ (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴)) <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
22		recidnq 6583	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐶 ∈ Q → (𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) = 1Q)
23	22	oveq1d 5547	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐶 ∈ Q → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐴) = (1Q ·Q 𝐴))
24	23	ad2antlr 472	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐴) = (1Q ·Q 𝐴))
25		mulassnqg 6574	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐶 ∈ Q ∧ (*Q‘𝐶) ∈ Q ∧ 𝐴 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐴) = (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴)))
26	19, 14, 15, 25	syl3anc 1169	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐴) = (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴)))
27		1nq 6556	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1Q ∈ Q
28		mulcomnqg 6573	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((1Q ∈ Q ∧ 𝐴 ∈ Q) → (1Q ·Q 𝐴) = (𝐴 ·Q 1Q))
29	27, 28	mpan 414	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ Q → (1Q ·Q 𝐴) = (𝐴 ·Q 1Q))
30		mulidnq 6579	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ Q → (𝐴 ·Q 1Q) = 𝐴)
31	29, 30	eqtrd 2113	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ Q → (1Q ·Q 𝐴) = 𝐴)
32	15, 31	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (1Q ·Q 𝐴) = 𝐴)
33	24, 26, 32	3eqtr3d 2121	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴)) = 𝐴)
34	33	breq1d 3795	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴)) <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ↔ 𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
35	21, 34	bitrd 186	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ↔ 𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚)))
36	6	adantr 270	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → 𝐵 ∈ Q)
37		mulclnq 6566	. . . . . . . . 9 ⊢ (((*Q‘𝐶) ∈ Q ∧ 𝐵 ∈ Q) → ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ∈ Q)
38	14, 36, 37	syl2anc 403	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ∈ Q)
39		ltmnqg 6591	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑚 ∈ Q ∧ ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ∈ Q ∧ 𝐶 ∈ Q) → (𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵))))
40	18, 38, 19, 39	syl3anc 1169	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵))))
41	22	oveq1d 5547	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐶 ∈ Q → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐵) = (1Q ·Q 𝐵))
42	41	ad2antlr 472	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐵) = (1Q ·Q 𝐵))
43		mulassnqg 6574	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐶 ∈ Q ∧ (*Q‘𝐶) ∈ Q ∧ 𝐵 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐵) = (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)))
44	19, 14, 36, 43	syl3anc 1169	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q (*Q‘𝐶)) ·Q 𝐵) = (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)))
45		mulcomnqg 6573	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((1Q ∈ Q ∧ 𝐵 ∈ Q) → (1Q ·Q 𝐵) = (𝐵 ·Q 1Q))
46	27, 45	mpan 414	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ Q → (1Q ·Q 𝐵) = (𝐵 ·Q 1Q))
47		mulidnq 6579	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ Q → (𝐵 ·Q 1Q) = 𝐵)
48	46, 47	eqtrd 2113	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐵 ∈ Q → (1Q ·Q 𝐵) = 𝐵)
49	36, 48	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (1Q ·Q 𝐵) = 𝐵)
50	42, 44, 49	3eqtr3d 2121	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)) = 𝐵)
51	50	breq2d 3797	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q 𝑚) <Q (𝐶 ·Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵))
52	40, 51	bitrd 186	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵) ↔ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵))
53	35, 52	anbi12d 456	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ∧ 𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)) ↔ (𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ∧ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵)))
54		mulcomnqg 6573	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐶 ∈ Q ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝐶 ·Q 𝑚) = (𝑚 ·Q 𝐶))
55	19, 18, 54	syl2anc 403	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝐶 ·Q 𝑚) = (𝑚 ·Q 𝐶))
56	55	breq2d 3797	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → (𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ↔ 𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶)))
57	55	breq1d 3795	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵 ↔ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵))
58	56, 57	anbi12d 456	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((𝐴 <Q (𝐶 ·Q 𝑚) ∧ (𝐶 ·Q 𝑚) <Q 𝐵) ↔ (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
59	53, 58	bitrd 186	. . . 4 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ∧ 𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)) ↔ (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
60	59	biimpd 142	. . 3 ⊢ (((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) ∧ 𝑚 ∈ Q) → ((((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ∧ 𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)) → (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
61	60	reximdva 2463	. 2 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → (∃𝑚 ∈ Q (((*Q‘𝐶) ·Q 𝐴) <Q 𝑚 ∧ 𝑚 <Q ((*Q‘𝐶) ·Q 𝐵)) → ∃𝑚 ∈ Q (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵)))
62	13, 61	mpd 13	1 ⊢ ((𝐴 <Q 𝐵 ∧ 𝐶 ∈ Q) → ∃𝑚 ∈ Q (𝐴 <Q (𝑚 ·Q 𝐶) ∧ (𝑚 ·Q 𝐶) <Q 𝐵))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   = wceq 1284   ∈ wcel 1433  ∃wrex 2349   class class class wbr 3785  ‘cfv 4922  (class class class)co 5532  Qcnq 6470  1_Qc1q 6471   ·_Q cmq 6473  *_Qcrq 6474   <_Q cltq 6475

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 576  ax-in2 577  ax-io 662  ax-5 1376  ax-7 1377  ax-gen 1378  ax-ie1 1422  ax-ie2 1423  ax-8 1435  ax-10 1436  ax-11 1437  ax-i12 1438  ax-bndl 1439  ax-4 1440  ax-13 1444  ax-14 1445  ax-17 1459  ax-i9 1463  ax-ial 1467  ax-i5r 1468  ax-ext 2063  ax-coll 3893  ax-sep 3896  ax-nul 3904  ax-pow 3948  ax-pr 3964  ax-un 4188  ax-setind 4280  ax-iinf 4329

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 776  df-3or 920  df-3an 921  df-tru 1287  df-fal 1290  df-nf 1390  df-sb 1686  df-eu 1944  df-mo 1945  df-clab 2068  df-cleq 2074  df-clel 2077  df-nfc 2208  df-ne 2246  df-ral 2353  df-rex 2354  df-reu 2355  df-rab 2357  df-v 2603  df-sbc 2816  df-csb 2909  df-dif 2975  df-un 2977  df-in 2979  df-ss 2986  df-nul 3252  df-pw 3384  df-sn 3404  df-pr 3405  df-op 3407  df-uni 3602  df-int 3637  df-iun 3680  df-br 3786  df-opab 3840  df-mpt 3841  df-tr 3876  df-eprel 4044  df-id 4048  df-po 4051  df-iso 4052  df-iord 4121  df-on 4123  df-suc 4126  df-iom 4332  df-xp 4369  df-rel 4370  df-cnv 4371  df-co 4372  df-dm 4373  df-rn 4374  df-res 4375  df-ima 4376  df-iota 4887  df-fun 4924  df-fn 4925  df-f 4926  df-f1 4927  df-fo 4928  df-f1o 4929  df-fv 4930  df-ov 5535  df-oprab 5536  df-mpt2 5537  df-1st 5787  df-2nd 5788  df-recs 5943  df-irdg 5980  df-1o 6024  df-oadd 6028  df-omul 6029  df-er 6129  df-ec 6131  df-qs 6135  df-ni 6494  df-pli 6495  df-mi 6496  df-lti 6497  df-plpq 6534  df-mpq 6535  df-enq 6537  df-nqqs 6538  df-plqqs 6539  df-mqqs 6540  df-1nqqs 6541  df-rq 6542  df-ltnqqs 6543

This theorem is referenced by:  appdiv0nq  6754  mullocpr  6761