Theorem: Liouville.irrational
File: Mathlib/NumberTheory/Liouville/Basic.lean

Proof steps:
state_before: x : ℝ
h : Liouville x
⊢ Irrational x
state_after: case intro.mk'
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville ↑{ num := a, den := b, den_nz := bN0, reduced := cop }
⊢ False
tactic: rintro ⟨⟨a, b, bN0, cop⟩, rfl⟩
state_before: case intro.mk'
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville ↑{ num := a, den := b, den_nz := bN0, reduced := cop }
⊢ False
state_after: case intro.mk'
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
⊢ False
tactic: rw [Rat.cast_mk'] at h
state_before: case intro.mk'
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
⊢ False
tactic: rcases h (b + 1) with ⟨p, q, q1, a0, a1⟩
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
qR0 : 0 < ↑q
⊢ False
tactic: have qR0 : (0 : ℝ) < q := Int.cast_pos.mpr (zero_lt_one.trans q1)
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
qR0 : 0 < ↑q
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
⊢ False
tactic: have b0 : (b : ℝ) ≠ 0 := Nat.cast_ne_zero.mpr bN0
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
bq0 : 0 < ↑b * ↑q
⊢ False
tactic: have bq0 : (0 : ℝ) < b * q := mul_pos (Nat.cast_pos.mpr bN0.bot_lt) qR0
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
a1 : |↑a / ↑b - ↑p / ↑q| < 1 / ↑q ^ (b + 1)
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
bq0 : 0 < ↑b * ↑q
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
bq0 : 0 < ↑b * ↑q
a1 : |a * q - ↑b * p| * q ^ (b + 1) < ↑b * q
⊢ False
tactic: replace a1 : |a * q - b * p| * q ^ (b + 1) < b * q := by
    rw [div_sub_div _ _ b0 qR0.ne', abs_div, div_lt_div_iff (abs_pos.mpr bq0.ne') (pow_pos qR0 _),
      abs_of_pos bq0, one_mul] at a1
    exact mod_cast a1
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
a0 : ↑a / ↑b ≠ ↑p / ↑q
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
bq0 : 0 < ↑b * ↑q
a1 : |a * q - ↑b * p| * q ^ (b + 1) < ↑b * q
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
bq0 : 0 < ↑b * ↑q
a1 : |a * q - ↑b * p| * q ^ (b + 1) < ↑b * q
a0 : a * q - ↑b * p ≠ 0
⊢ False
tactic: replace a0 : a * q - ↑b * p ≠ 0 := by
    rw [Ne, div_eq_div_iff b0 qR0.ne', mul_comm (p : ℝ), ← sub_eq_zero] at a0
    exact mod_cast a0
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p q : ℤ
q1 : 1 < q
qR0 : 0 < ↑q
b0 : ↑b ≠ 0
bq0 : 0 < ↑b * ↑q
a1 : |a * q - ↑b * p| * q ^ (b + 1) < ↑b * q
a0 : a * q - ↑b * p ≠ 0
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
q1 : 1 < ↑q
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a1 : |a * ↑q - ↑b * p| * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
⊢ False
tactic: lift q to ℕ using (zero_lt_one.trans q1).le
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
q1 : 1 < ↑q
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a1 : |a * ↑q - ↑b * p| * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
q1 : 1 < ↑q
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a1 : |a * ↑q - ↑b * p| * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
ap : 0 < |a * ↑q - ↑b * p|
⊢ False
tactic: have ap : 0 < |a * ↑q - ↑b * p| := abs_pos.mpr a0
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
q1 : 1 < ↑q
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a1 : |a * ↑q - ↑b * p| * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
ap : 0 < |a * ↑q - ↑b * p|
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
q1 : 1 < ↑q
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
e : ℕ
he : ↑e = |a * ↑q - ↑b * p|
a1✝ a1 : ↑e * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
ap✝ ap : 0 < ↑e
⊢ False
tactic: lift |a * ↑q - ↑b * p| to ℕ using abs_nonneg (a * ↑q - ↑b * p) with e he
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
q1 : 1 < ↑q
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
e : ℕ
he : ↑e = |a * ↑q - ↑b * p|
a1✝ a1 : ↑e * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
ap✝ ap : 0 < ↑e
⊢ False
state_after: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
e : ℕ
he : ↑e = |a * ↑q - ↑b * p|
a1✝ : ↑e * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
ap✝ : 0 < ↑e
a1 : e * q ^ (b + 1) < b * q
ap : 0 < e
q1 : 1 < q
⊢ False
tactic: norm_cast at a1 ap q1
state_before: case intro.mk'.intro.intro.intro.intro.intro.intro
a : ℤ
b : ℕ
bN0 : b ≠ 0
cop : a.natAbs.Coprime b
h : Liouville (↑a / ↑b)
p : ℤ
b0 : ↑b ≠ 0
q : ℕ
qR0 : 0 < ↑↑q
bq0 : 0 < ↑b * ↑↑q
a0 : a * ↑q - ↑b * p ≠ 0
e : ℕ
he : ↑e = |a * ↑q - ↑b * p|
a1✝ : ↑e * ↑q ^ (b + 1) < ↑b * ↑q
ap✝ : 0 < ↑e
a1 : e * q ^ (b + 1) < b * q
ap : 0 < e
q1 : 1 < q
⊢ False
state_after: no goals
tactic: exact not_le.mpr a1 (Nat.mul_lt_mul_pow_succ ap q1).le