Из первого неравенства не следует второе с рациональным числом посередине. Необходимо строгое неравенство.
Вопрос: Можно ли на этом остановиться? Достаточно ли леммы о том, что между двумя вещественными числами найдется рац. число?
Кое-какие пояснения-то всё-таки написать надо.
P.S. Вы неправильно пишете формулы. Должен быть один знак $ в начале формулы и один знак $ в конце, а внутри ничего подобного быть не должно. Теги [mаth]…[/mаth] писать не обязательно, они сами поставятся:

.