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Theorem pell1qrge1 26625
Description: A Pell solution in the first quadrant is at least 1. (Contributed by Stefan O'Rear, 17-Sep-2014.)
Assertion
Ref Expression
pell1qrge1  |-  ( ( D  e.  ( NN 
\NN )  /\  A  e.  (Pell1QR `  D ) )  -> 
1  <_  A )

Proof of Theorem pell1qrge1
Dummy variables  a 
b are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elpell1qr 26602 . . 3  |-  ( D  e.  ( NN  \NN )  -> 
( A  e.  (Pell1QR `  D )  <->  ( A  e.  RR  /\  E. a  e.  NN0  E. b  e. 
NN0  ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 ) ) ) )
2 1re 9024 . . . . . . . . . 10  |-  1  e.  RR
32a1i 11 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  1  e.  RR )
4 simplrl 737 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  a  e.  NN0 )
54nn0red 10208 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  a  e.  RR )
6 eldifi 3413 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( D  e.  ( NN  \NN )  ->  D  e.  NN )
76ad3antrrr 711 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  D  e.  NN )
87nnnn0d 10207 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  D  e.  NN0 )
98nn0red 10208 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  D  e.  RR )
108nn0ge0d 10210 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  D )
119, 10resqrcld 12148 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( sqr `  D )  e.  RR )
12 simplrr 738 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  b  e.  NN0 )
1312nn0red 10208 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  b  e.  RR )
1411, 13remulcld 9050 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( ( sqr `  D )  x.  b )  e.  RR )
155, 14readdcld 9049 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( a  +  ( ( sqr `  D )  x.  b
) )  e.  RR )
16 2nn0 10171 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  2  e.  NN0
1716a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  2  e.  NN0 )
1812, 17nn0expcld 11473 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( b ^ 2 )  e. 
NN0 )
198, 18nn0mulcld 10212 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( D  x.  ( b ^ 2 ) )  e.  NN0 )
2019nn0ge0d 10210 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )
2119nn0red 10208 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( D  x.  ( b ^ 2 ) )  e.  RR )
223, 21addge02d 9548 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( 0  <_  ( D  x.  ( b ^ 2 ) )  <->  1  <_  ( ( D  x.  (
b ^ 2 ) )  +  1 ) ) )
2320, 22mpbid 202 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  1  <_  ( ( D  x.  (
b ^ 2 ) )  +  1 ) )
24 sq1 11404 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( 1 ^ 2 )  =  1
2524a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( 1 ^ 2 )  =  1 )
26 nn0cn 10164 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( a  e.  NN0  ->  a  e.  CC )
2726ad2antrl 709 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  a  e.  CC )
2827sqcld 11449 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  ( a ^
2 )  e.  CC )
296ad2antrr 707 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  D  e.  NN )
3029nncnd 9949 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  D  e.  CC )
31 nn0cn 10164 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( b  e.  NN0  ->  b  e.  CC )
3231ad2antll 710 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  b  e.  CC )
3332sqcld 11449 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  ( b ^
2 )  e.  CC )
3430, 33mulcld 9042 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  ( D  x.  ( b ^ 2 ) )  e.  CC )
35 ax-1cn 8982 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  1  e.  CC
3635a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  1  e.  CC )
3728, 34, 36subaddd 9362 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  ( ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1  <->  ( ( D  x.  ( b ^
2 ) )  +  1 )  =  ( a ^ 2 ) ) )
3837biimpa 471 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( ( D  x.  ( b ^ 2 ) )  +  1 )  =  ( a ^ 2 ) )
3938eqcomd 2393 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( a ^ 2 )  =  ( ( D  x.  ( b ^ 2 ) )  +  1 ) )
4023, 25, 393brtr4d 4184 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( 1 ^ 2 )  <_ 
( a ^ 2 ) )
41 0le1 9484 . . . . . . . . . . . 12  |-  0  <_  1
4241a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  1 )
434nn0ge0d 10210 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  a )
443, 5, 42, 43le2sqd 11486 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( 1  <_  a  <->  ( 1 ^ 2 )  <_ 
( a ^ 2 ) ) )
4540, 44mpbird 224 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  1  <_  a )
469, 10sqrge0d 12151 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  ( sqr `  D ) )
4712nn0ge0d 10210 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  b )
4811, 13, 46, 47mulge0d 9536 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  0  <_  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )
495, 14addge01d 9547 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  ( 0  <_  ( ( sqr `  D )  x.  b
)  <->  a  <_  (
a  +  ( ( sqr `  D )  x.  b ) ) ) )
5048, 49mpbid 202 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  a  <_  ( a  +  ( ( sqr `  D )  x.  b ) ) )
513, 5, 15, 45, 50letrd 9160 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  (
b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  1  <_  ( a  +  ( ( sqr `  D )  x.  b ) ) )
5251adantrl 697 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 ) )  -> 
1  <_  ( a  +  ( ( sqr `  D )  x.  b
) ) )
53 simprl 733 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 ) )  ->  A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D )  x.  b
) ) )
5452, 53breqtrrd 4180 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  /\  ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 ) )  -> 
1  <_  A )
5554ex 424 . . . . 5  |-  ( ( ( D  e.  ( NN  \NN )  /\  A  e.  RR )  /\  (
a  e.  NN0  /\  b  e.  NN0 ) )  ->  ( ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  1  <_  A ) )
5655rexlimdvva 2781 . . . 4  |-  ( ( D  e.  ( NN 
\NN )  /\  A  e.  RR )  ->  ( E. a  e.  NN0  E. b  e. 
NN0  ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 )  ->  1  <_  A ) )
5756expimpd 587 . . 3  |-  ( D  e.  ( NN  \NN )  -> 
( ( A  e.  RR  /\  E. a  e.  NN0  E. b  e. 
NN0  ( A  =  ( a  +  ( ( sqr `  D
)  x.  b ) )  /\  ( ( a ^ 2 )  -  ( D  x.  ( b ^ 2 ) ) )  =  1 ) )  -> 
1  <_  A )
)
581, 57sylbid 207 . 2  |-  ( D  e.  ( NN  \NN )  -> 
( A  e.  (Pell1QR `  D )  ->  1  <_  A ) )
5958imp 419 1  |-  ( ( D  e.  ( NN 
\NN )  /\  A  e.  (Pell1QR `  D ) )  -> 
1  <_  A )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1717   E.wrex 2651    \ cdif 3261   class class class wbr 4154   ` cfv 5395  (class class class)co 6021   CCcc 8922   RRcr 8923   0cc0 8924   1c1 8925    + caddc 8927    x. cmul 8929    <_ cle 9055    - cmin 9224   NNcn 9933   2c2 9982   NN0cn0 10154   ^cexp 11310   sqrcsqr 11966  ◻NNcsquarenn 26591  Pell1QRcpell1qr 26592
This theorem is referenced by:  elpell1qr2  26627
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1661  ax-8 1682  ax-13 1719  ax-14 1721  ax-6 1736  ax-7 1741  ax-11 1753  ax-12 1939  ax-ext 2369  ax-sep 4272  ax-nul 4280  ax-pow 4319  ax-pr 4345  ax-un 4642  ax-cnex 8980  ax-resscn 8981  ax-1cn 8982  ax-icn 8983  ax-addcl 8984  ax-addrcl 8985  ax-mulcl 8986  ax-mulrcl 8987  ax-mulcom 8988  ax-addass 8989  ax-mulass 8990  ax-distr 8991  ax-i2m1 8992  ax-1ne0 8993  ax-1rid 8994  ax-rnegex 8995  ax-rrecex 8996  ax-cnre 8997  ax-pre-lttri 8998  ax-pre-lttrn 8999  ax-pre-ltadd 9000  ax-pre-mulgt0 9001  ax-pre-sup 9002
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2243  df-mo 2244  df-clab 2375  df-cleq 2381  df-clel 2384  df-nfc 2513  df-ne 2553  df-nel 2554  df-ral 2655  df-rex 2656  df-reu 2657  df-rmo 2658  df-rab 2659  df-v 2902  df-sbc 3106  df-csb 3196  df-dif 3267  df-un 3269  df-in 3271  df-ss 3278  df-pss 3280  df-nul 3573  df-if 3684  df-pw 3745  df-sn 3764  df-pr 3765  df-tp 3766  df-op 3767  df-uni 3959  df-iun 4038  df-br 4155  df-opab 4209  df-mpt 4210  df-tr 4245  df-eprel 4436  df-id 4440  df-po 4445  df-so 4446  df-fr 4483  df-we 4485  df-ord 4526  df-on 4527  df-lim 4528  df-suc 4529  df-om 4787  df-xp 4825  df-rel 4826  df-cnv 4827  df-co 4828  df-dm 4829  df-rn 4830  df-res 4831  df-ima 4832  df-iota 5359  df-fun 5397  df-fn 5398  df-f 5399  df-f1 5400  df-fo 5401  df-f1o 5402  df-fv 5403  df-ov 6024  df-oprab 6025  df-mpt2 6026  df-2nd 6290  df-riota 6486  df-recs 6570  df-rdg 6605  df-er 6842  df-en 7047  df-dom 7048  df-sdom 7049  df-sup 7382  df-pnf 9056  df-mnf 9057  df-xr 9058  df-ltxr 9059  df-le 9060  df-sub 9226  df-neg 9227  df-div 9611  df-nn 9934  df-2 9991  df-3 9992  df-n0 10155  df-z 10216  df-uz 10422  df-rp 10546  df-seq 11252  df-exp 11311  df-cj 11832  df-re 11833  df-im 11834  df-sqr 11968  df-pell1qr 26597
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