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Theorem 1arith 12990
Description: Fundamental theorem of arithmetic, where a prime factorization is represented as a sequence of prime exponents, for which only finitely many primes have nonzero exponent. The function  M maps the set of positive integers one-to-one onto the set of prime factorizations  R. (Contributed by Paul Chapman, 17-Nov-2012.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 30-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
1arith.1  |-  M  =  ( n  e.  NN  |->  ( p  e.  Prime  |->  ( p  pCnt  n ) ) )
1arith.2  |-  R  =  { e  e.  ( NN0  ^m  Prime )  |  ( `' e
" NN )  e. 
Fin }
Assertion
Ref Expression
1arith  |-  M : NN
-1-1-onto-> R
Distinct variable groups:    e, n, p    e, M    R, n
Allowed substitution hints:    R( e, p)    M( n, p)

Proof of Theorem 1arith
Dummy variables  f 
g  k  q  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 zex 10049 . . . . . . 7  |-  ZZ  e.  _V
2 prmz 12778 . . . . . . . 8  |-  ( q  e.  Prime  ->  q  e.  ZZ )
32ssriv 3197 . . . . . . 7  |-  Prime  C_  ZZ
41, 3ssexi 4175 . . . . . 6  |-  Prime  e.  _V
54mptex 5762 . . . . 5  |-  ( p  e.  Prime  |->  ( p 
pCnt  n ) )  e. 
_V
6 1arith.1 . . . . 5  |-  M  =  ( n  e.  NN  |->  ( p  e.  Prime  |->  ( p  pCnt  n ) ) )
75, 6fnmpti 5388 . . . 4  |-  M  Fn  NN
861arithlem3 12988 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  NN  ->  ( M `  x ) : Prime --> NN0 )
9 nn0ex 9987 . . . . . . . 8  |-  NN0  e.  _V
109, 4elmap 6812 . . . . . . 7  |-  ( ( M `  x )  e.  ( NN0  ^m  Prime )  <->  ( M `  x ) : Prime --> NN0 )
118, 10sylibr 203 . . . . . 6  |-  ( x  e.  NN  ->  ( M `  x )  e.  ( NN0  ^m  Prime ) )
12 fzfi 11050 . . . . . . 7  |-  ( 1 ... x )  e. 
Fin
13 ffn 5405 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M `  x ) : Prime --> NN0  ->  ( M `  x )  Fn  Prime )
14 elpreima 5661 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M `  x )  Fn  Prime  ->  ( q  e.  ( `' ( M `  x )
" NN )  <->  ( q  e.  Prime  /\  ( ( M `  x ) `  q )  e.  NN ) ) )
158, 13, 143syl 18 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  NN  ->  (
q  e.  ( `' ( M `  x
) " NN )  <-> 
( q  e.  Prime  /\  ( ( M `  x ) `  q
)  e.  NN ) ) )
1661arithlem2 12987 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( ( M `  x ) `  q
)  =  ( q 
pCnt  x ) )
1716eleq1d 2362 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( ( ( M `
 x ) `  q )  e.  NN  <->  ( q  pCnt  x )  e.  NN ) )
18 id 19 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  NN  ->  x  e.  NN )
19 dvdsle 12590 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( q  e.  ZZ  /\  x  e.  NN )  ->  ( q  ||  x  ->  q  <_  x )
)
202, 18, 19syl2anr 464 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( q  ||  x  ->  q  <_  x )
)
21 pcelnn 12938 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( q  e.  Prime  /\  x  e.  NN )  ->  (
( q  pCnt  x
)  e.  NN  <->  q  ||  x ) )
2221ancoms 439 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( ( q  pCnt  x )  e.  NN  <->  q  ||  x ) )
23 prmnn 12777 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( q  e.  Prime  ->  q  e.  NN )
24 nnuz 10279 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
2523, 24syl6eleq 2386 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( q  e.  Prime  ->  q  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
26 nnz 10061 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  NN  ->  x  e.  ZZ )
27 elfz5 10806 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( q  e.  ( ZZ>= ` 
1 )  /\  x  e.  ZZ )  ->  (
q  e.  ( 1 ... x )  <->  q  <_  x ) )
2825, 26, 27syl2anr 464 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( q  e.  ( 1 ... x )  <-> 
q  <_  x )
)
2920, 22, 283imtr4d 259 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( ( q  pCnt  x )  e.  NN  ->  q  e.  ( 1 ... x ) ) )
3017, 29sylbid 206 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( ( ( M `
 x ) `  q )  e.  NN  ->  q  e.  ( 1 ... x ) ) )
3130expimpd 586 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  NN  ->  (
( q  e.  Prime  /\  ( ( M `  x ) `  q
)  e.  NN )  ->  q  e.  ( 1 ... x ) ) )
3215, 31sylbid 206 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  NN  ->  (
q  e.  ( `' ( M `  x
) " NN )  ->  q  e.  ( 1 ... x ) ) )
3332ssrdv 3198 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  NN  ->  ( `' ( M `  x ) " NN )  C_  ( 1 ... x ) )
34 ssfi 7099 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 1 ... x
)  e.  Fin  /\  ( `' ( M `  x ) " NN )  C_  ( 1 ... x ) )  -> 
( `' ( M `
 x ) " NN )  e.  Fin )
3512, 33, 34sylancr 644 . . . . . 6  |-  ( x  e.  NN  ->  ( `' ( M `  x ) " NN )  e.  Fin )
36 cnveq 4871 . . . . . . . . 9  |-  ( e  =  ( M `  x )  ->  `' e  =  `' ( M `  x )
)
3736imaeq1d 5027 . . . . . . . 8  |-  ( e  =  ( M `  x )  ->  ( `' e " NN )  =  ( `' ( M `  x )
" NN ) )
3837eleq1d 2362 . . . . . . 7  |-  ( e  =  ( M `  x )  ->  (
( `' e " NN )  e.  Fin  <->  ( `' ( M `  x ) " NN )  e.  Fin )
)
39 1arith.2 . . . . . . 7  |-  R  =  { e  e.  ( NN0  ^m  Prime )  |  ( `' e
" NN )  e. 
Fin }
4038, 39elrab2 2938 . . . . . 6  |-  ( ( M `  x )  e.  R  <->  ( ( M `  x )  e.  ( NN0  ^m  Prime )  /\  ( `' ( M `  x )
" NN )  e. 
Fin ) )
4111, 35, 40sylanbrc 645 . . . . 5  |-  ( x  e.  NN  ->  ( M `  x )  e.  R )
4241rgen 2621 . . . 4  |-  A. x  e.  NN  ( M `  x )  e.  R
43 ffnfv 5701 . . . 4  |-  ( M : NN --> R  <->  ( M  Fn  NN  /\  A. x  e.  NN  ( M `  x )  e.  R
) )
447, 42, 43mpbir2an 886 . . 3  |-  M : NN
--> R
4516adantlr 695 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  /\  q  e.  Prime )  ->  ( ( M `
 x ) `  q )  =  ( q  pCnt  x )
)
4661arithlem2 12987 . . . . . . . . 9  |-  ( ( y  e.  NN  /\  q  e.  Prime )  -> 
( ( M `  y ) `  q
)  =  ( q 
pCnt  y ) )
4746adantll 694 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  /\  q  e.  Prime )  ->  ( ( M `
 y ) `  q )  =  ( q  pCnt  y )
)
4845, 47eqeq12d 2310 . . . . . . 7  |-  ( ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  /\  q  e.  Prime )  ->  ( ( ( M `  x ) `
 q )  =  ( ( M `  y ) `  q
)  <->  ( q  pCnt  x )  =  ( q 
pCnt  y ) ) )
4948ralbidva 2572 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  ->  ( A. q  e. 
Prime  ( ( M `  x ) `  q
)  =  ( ( M `  y ) `
 q )  <->  A. q  e.  Prime  ( q  pCnt  x )  =  ( q 
pCnt  y ) ) )
5061arithlem3 12988 . . . . . . 7  |-  ( y  e.  NN  ->  ( M `  y ) : Prime --> NN0 )
51 ffn 5405 . . . . . . . 8  |-  ( ( M `  y ) : Prime --> NN0  ->  ( M `  y )  Fn  Prime )
52 eqfnfv 5638 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( M `  x
)  Fn  Prime  /\  ( M `  y )  Fn  Prime )  ->  (
( M `  x
)  =  ( M `
 y )  <->  A. q  e.  Prime  ( ( M `
 x ) `  q )  =  ( ( M `  y
) `  q )
) )
5313, 51, 52syl2an 463 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M `  x
) : Prime --> NN0  /\  ( M `  y ) : Prime --> NN0 )  ->  ( ( M `  x )  =  ( M `  y )  <->  A. q  e.  Prime  ( ( M `  x
) `  q )  =  ( ( M `
 y ) `  q ) ) )
548, 50, 53syl2an 463 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  ->  ( ( M `  x )  =  ( M `  y )  <->  A. q  e.  Prime  ( ( M `  x
) `  q )  =  ( ( M `
 y ) `  q ) ) )
55 nnnn0 9988 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  NN  ->  x  e.  NN0 )
56 nnnn0 9988 . . . . . . 7  |-  ( y  e.  NN  ->  y  e.  NN0 )
57 pc11 12948 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  NN0  /\  y  e.  NN0 )  -> 
( x  =  y  <->  A. q  e.  Prime  ( q  pCnt  x )  =  ( q  pCnt  y ) ) )
5855, 56, 57syl2an 463 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  ->  ( x  =  y  <->  A. q  e.  Prime  ( q  pCnt  x )  =  ( q  pCnt  y ) ) )
5949, 54, 583bitr4d 276 . . . . 5  |-  ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  ->  ( ( M `  x )  =  ( M `  y )  <-> 
x  =  y ) )
6059biimpd 198 . . . 4  |-  ( ( x  e.  NN  /\  y  e.  NN )  ->  ( ( M `  x )  =  ( M `  y )  ->  x  =  y ) )
6160rgen2a 2622 . . 3  |-  A. x  e.  NN  A. y  e.  NN  ( ( M `
 x )  =  ( M `  y
)  ->  x  =  y )
62 dff13 5799 . . 3  |-  ( M : NN -1-1-> R  <->  ( M : NN --> R  /\  A. x  e.  NN  A. y  e.  NN  ( ( M `
 x )  =  ( M `  y
)  ->  x  =  y ) ) )
6344, 61, 62mpbir2an 886 . 2  |-  M : NN
-1-1-> R
64 cnvimass 5049 . . . . . . 7  |-  ( `' f " NN ) 
C_  dom  f
65 cnveq 4871 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( e  =  f  ->  `' e  =  `' f
)
6665imaeq1d 5027 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( e  =  f  ->  ( `' e " NN )  =  ( `' f " NN ) )
6766eleq1d 2362 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( e  =  f  ->  (
( `' e " NN )  e.  Fin  <->  ( `' f " NN )  e.  Fin )
)
6867, 39elrab2 2938 . . . . . . . . . . 11  |-  ( f  e.  R  <->  ( f  e.  ( NN0  ^m  Prime )  /\  ( `' f
" NN )  e. 
Fin ) )
6968simplbi 446 . . . . . . . . . 10  |-  ( f  e.  R  ->  f  e.  ( NN0  ^m  Prime ) )
709, 4elmap 6812 . . . . . . . . . 10  |-  ( f  e.  ( NN0  ^m  Prime )  <->  f : Prime --> NN0 )
7169, 70sylib 188 . . . . . . . . 9  |-  ( f  e.  R  ->  f : Prime --> NN0 )
72 fdm 5409 . . . . . . . . 9  |-  ( f : Prime --> NN0  ->  dom  f  =  Prime )
7371, 72syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( f  e.  R  ->  dom  f  =  Prime )
74 zssre 10047 . . . . . . . . . 10  |-  ZZ  C_  RR
753, 74sstri 3201 . . . . . . . . 9  |-  Prime  C_  RR
7675a1i 10 . . . . . . . 8  |-  ( f  e.  R  ->  Prime  C_  RR )
7773, 76eqsstrd 3225 . . . . . . 7  |-  ( f  e.  R  ->  dom  f  C_  RR )
7864, 77syl5ss 3203 . . . . . 6  |-  ( f  e.  R  ->  ( `' f " NN )  C_  RR )
7968simprbi 450 . . . . . 6  |-  ( f  e.  R  ->  ( `' f " NN )  e.  Fin )
80 fimaxre2 9718 . . . . . 6  |-  ( ( ( `' f " NN )  C_  RR  /\  ( `' f " NN )  e.  Fin )  ->  E. y  e.  RR  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )
8178, 79, 80syl2anc 642 . . . . 5  |-  ( f  e.  R  ->  E. y  e.  RR  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)
82 eqid 2296 . . . . . . . 8  |-  ( g  e.  NN  |->  if ( g  e.  Prime ,  ( g ^ ( f `
 g ) ) ,  1 ) )  =  ( g  e.  NN  |->  if ( g  e.  Prime ,  ( g ^ ( f `  g ) ) ,  1 ) )
8371ad2antrr 706 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  f : Prime --> NN0 )
84 simplr 731 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  y  e.  RR )
85 0re 8854 . . . . . . . . . . 11  |-  0  e.  RR
86 ifcl 3614 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( y  e.  RR  /\  0  e.  RR )  ->  if ( 0  <_ 
y ,  y ,  0 )  e.  RR )
8784, 85, 86sylancl 643 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  if (
0  <_  y , 
y ,  0 )  e.  RR )
88 max1 10530 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  y  e.  RR )  ->  0  <_  if (
0  <_  y , 
y ,  0 ) )
8985, 84, 88sylancr 644 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  0  <_  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )
90 flge0nn0 10964 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( if ( 0  <_ 
y ,  y ,  0 )  e.  RR  /\  0  <_  if (
0  <_  y , 
y ,  0 ) )  ->  ( |_ `  if ( 0  <_ 
y ,  y ,  0 ) )  e. 
NN0 )
9187, 89, 90syl2anc 642 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  ( |_ `  if ( 0  <_ 
y ,  y ,  0 ) )  e. 
NN0 )
92 nn0p1nn 10019 . . . . . . . . 9  |-  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y , 
y ,  0 ) )  e.  NN0  ->  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  e.  NN )
9391, 92syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  e.  NN )
9484adantr 451 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  y  e.  RR )
9593adantr 451 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  e.  NN )
9695nnred 9777 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  e.  RR )
97 simprl 732 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  q  e.  Prime )
9875, 97sseldi 3191 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  q  e.  RR )
9987adantr 451 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  if (
0  <_  y , 
y ,  0 )  e.  RR )
100 max2 10532 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  y  e.  RR )  ->  y  <_  if (
0  <_  y , 
y ,  0 ) )
10185, 94, 100sylancr 644 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  y  <_  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )
102 flltp1 10948 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( if ( 0  <_  y ,  y ,  0 )  e.  RR  ->  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 )  <  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y , 
y ,  0 ) )  +  1 ) )
10399, 102syl 15 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  if (
0  <_  y , 
y ,  0 )  <  ( ( |_
`  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 ) )
10494, 99, 96, 101, 103lelttrd 8990 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  y  <  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 ) )
105 simprr 733 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_ 
q )
10694, 96, 98, 104, 105ltletrd 8992 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  y  <  q )
10794, 98ltnled 8982 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( y  <  q  <->  -.  q  <_  y ) )
108106, 107mpbid 201 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  -.  q  <_  y )
10997biantrurd 494 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( (
f `  q )  e.  NN  <->  ( q  e. 
Prime  /\  ( f `  q )  e.  NN ) ) )
11083adantr 451 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  f : Prime --> NN0 )
111 ffn 5405 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( f : Prime --> NN0  ->  f  Fn  Prime )
112 elpreima 5661 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( f  Fn  Prime  ->  ( q  e.  ( `' f
" NN )  <->  ( q  e.  Prime  /\  ( f `  q )  e.  NN ) ) )
113110, 111, 1123syl 18 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( q  e.  ( `' f " NN )  <->  ( q  e. 
Prime  /\  ( f `  q )  e.  NN ) ) )
114109, 113bitr4d 247 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( (
f `  q )  e.  NN  <->  q  e.  ( `' f " NN ) ) )
115 simplr 731 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)
116 breq1 4042 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( k  =  q  ->  (
k  <_  y  <->  q  <_  y ) )
117116rspccv 2894 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y  ->  (
q  e.  ( `' f " NN )  ->  q  <_  y
) )
118115, 117syl 15 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( q  e.  ( `' f " NN )  ->  q  <_ 
y ) )
119114, 118sylbid 206 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( (
f `  q )  e.  NN  ->  q  <_  y ) )
120108, 119mtod 168 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  -.  (
f `  q )  e.  NN )
121 ffvelrn 5679 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f : Prime --> NN0  /\  q  e.  Prime )  -> 
( f `  q
)  e.  NN0 )
122110, 97, 121syl2anc 642 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( f `  q )  e.  NN0 )
123 elnn0 9983 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f `  q )  e.  NN0  <->  ( ( f `
 q )  e.  NN  \/  ( f `
 q )  =  0 ) )
124122, 123sylib 188 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( (
f `  q )  e.  NN  \/  ( f `
 q )  =  0 ) )
125124ord 366 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( -.  ( f `  q
)  e.  NN  ->  ( f `  q )  =  0 ) )
126120, 125mpd 14 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y )  /\  ( q  e.  Prime  /\  ( ( |_ `  if ( 0  <_  y ,  y ,  0 ) )  +  1 )  <_  q )
)  ->  ( f `  q )  =  0 )
1276, 82, 83, 93, 1261arithlem4 12989 . . . . . . 7  |-  ( ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  /\  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y
)  ->  E. x  e.  NN  f  =  ( M `  x ) )
128127ex 423 . . . . . 6  |-  ( ( f  e.  R  /\  y  e.  RR )  ->  ( A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y  ->  E. x  e.  NN  f  =  ( M `  x ) ) )
129128rexlimdva 2680 . . . . 5  |-  ( f  e.  R  ->  ( E. y  e.  RR  A. k  e.  ( `' f " NN ) k  <_  y  ->  E. x  e.  NN  f  =  ( M `  x ) ) )
13081, 129mpd 14 . . . 4  |-  ( f  e.  R  ->  E. x  e.  NN  f  =  ( M `  x ) )
131130rgen 2621 . . 3  |-  A. f  e.  R  E. x  e.  NN  f  =  ( M `  x )
132 dffo3 5691 . . 3  |-  ( M : NN -onto-> R  <->  ( M : NN --> R  /\  A. f  e.  R  E. x  e.  NN  f  =  ( M `  x ) ) )
13344, 131, 132mpbir2an 886 . 2  |-  M : NN -onto-> R
134 df-f1o 5278 . 2  |-  ( M : NN -1-1-onto-> R  <->  ( M : NN
-1-1-> R  /\  M : NN -onto-> R ) )
13563, 133, 134mpbir2an 886 1  |-  M : NN
-1-1-onto-> R
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 176    \/ wo 357    /\ wa 358    = wceq 1632    e. wcel 1696   A.wral 2556   E.wrex 2557   {crab 2560    C_ wss 3165   ifcif 3578   class class class wbr 4039    e. cmpt 4093   `'ccnv 4704   dom cdm 4705   "cima 4708    Fn wfn 5266   -->wf 5267   -1-1->wf1 5268   -onto->wfo 5269   -1-1-onto->wf1o 5270   ` cfv 5271  (class class class)co 5874    ^m cmap 6788   Fincfn 6879   RRcr 8752   0cc0 8753   1c1 8754    + caddc 8756    < clt 8883    <_ cle 8884   NNcn 9762   NN0cn0 9981   ZZcz 10040   ZZ>=cuz 10246   ...cfz 10798   |_cfl 10940   ^cexp 11120    || cdivides 12547   Primecprime 12774    pCnt cpc 12905
This theorem is referenced by:  1arith2  12991  sqff1o  20436
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830  ax-pre-sup 8831
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-int 3879  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-1o 6495  df-2o 6496  df-oadd 6499  df-er 6676  df-map 6790  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-fin 6883  df-sup 7210  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-2 9820  df-3 9821  df-n0 9982  df-z 10041  df-uz 10247  df-q 10333  df-rp 10371  df-fz 10799  df-fl 10941  df-mod 10990  df-seq 11063  df-exp 11121  df-cj 11600  df-re 11601  df-im 11602  df-sqr 11736  df-abs 11737  df-dvds 12548  df-gcd 12702  df-prm 12775  df-pc 12906
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