Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  chtvalz Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem chtvalz 30835
 Description: Value of the Chebyshev function for integers. (Contributed by Thierry Arnoux, 28-Dec-2021.)
Assertion
Ref Expression
chtvalz (𝑁 ∈ ℤ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((1...𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
Distinct variable group:   𝑛,𝑁

Proof of Theorem chtvalz
Dummy variable 𝑖 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 zre 11419 . . 3 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℝ)
2 chtval 24881 . . 3 (𝑁 ∈ ℝ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((0[,]𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
31, 2syl 17 . 2 (𝑁 ∈ ℤ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((0[,]𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
4 nnz 11437 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
5 ppisval 24875 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℝ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...(⌊‘𝑁)) ∩ ℙ))
61, 5syl 17 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...(⌊‘𝑁)) ∩ ℙ))
7 flid 12649 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℤ → (⌊‘𝑁) = 𝑁)
87oveq2d 6706 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℤ → (2...(⌊‘𝑁)) = (2...𝑁))
98ineq1d 3846 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → ((2...(⌊‘𝑁)) ∩ ℙ) = ((2...𝑁) ∩ ℙ))
106, 9eqtrd 2685 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℤ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...𝑁) ∩ ℙ))
114, 10syl 17 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...𝑁) ∩ ℙ))
12 2nn 11223 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
13 nnuz 11761 . . . . . . . . . . . . 13 ℕ = (ℤ‘1)
1412, 13eleqtri 2728 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ (ℤ‘1)
15 fzss1 12418 . . . . . . . . . . . 12 (2 ∈ (ℤ‘1) → (2...𝑁) ⊆ (1...𝑁))
1614, 15ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (2...𝑁) ⊆ (1...𝑁)
17 ssdif0 3975 . . . . . . . . . . 11 ((2...𝑁) ⊆ (1...𝑁) ↔ ((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) = ∅)
1816, 17mpbi 220 . . . . . . . . . 10 ((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) = ∅
1918ineq1i 3843 . . . . . . . . 9 (((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = (∅ ∩ ℙ)
20 0in 4002 . . . . . . . . 9 (∅ ∩ ℙ) = ∅
2119, 20eqtri 2673 . . . . . . . 8 (((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅
2221a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅)
2313eleq2i 2722 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ ↔ 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
24 fzpred 12427 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘1) → (1...𝑁) = ({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)))
2523, 24sylbi 207 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → (1...𝑁) = ({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)))
2625eqcomd 2657 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) = (1...𝑁))
27 1p1e2 11172 . . . . . . . . . . . . 13 (1 + 1) = 2
2827oveq1i 6700 . . . . . . . . . . . 12 ((1 + 1)...𝑁) = (2...𝑁)
2928a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 + 1)...𝑁) = (2...𝑁))
3026, 29difeq12d 3762 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = ((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)))
31 difun2 4081 . . . . . . . . . . 11 (({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = ({1} ∖ ((1 + 1)...𝑁))
32 fzpreddisj 12428 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘1) → ({1} ∩ ((1 + 1)...𝑁)) = ∅)
3323, 32sylbi 207 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → ({1} ∩ ((1 + 1)...𝑁)) = ∅)
34 disjdif2 4080 . . . . . . . . . . . 12 (({1} ∩ ((1 + 1)...𝑁)) = ∅ → ({1} ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = {1})
3533, 34syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ({1} ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = {1})
3631, 35syl5eq 2697 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = {1})
3730, 36eqtr3d 2687 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) = {1})
3837ineq1d 3846 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) ∩ ℙ) = ({1} ∩ ℙ))
39 incom 3838 . . . . . . . . 9 (ℙ ∩ {1}) = ({1} ∩ ℙ)
40 1nprm 15439 . . . . . . . . . 10 ¬ 1 ∈ ℙ
41 disjsn 4278 . . . . . . . . . 10 ((ℙ ∩ {1}) = ∅ ↔ ¬ 1 ∈ ℙ)
4240, 41mpbir 221 . . . . . . . . 9 (ℙ ∩ {1}) = ∅
4339, 42eqtr3i 2675 . . . . . . . 8 ({1} ∩ ℙ) = ∅
4438, 43syl6eq 2701 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅)
45 difininv 29480 . . . . . . 7 (((((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅ ∧ (((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅) → ((2...𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
4622, 44, 45syl2anc 694 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((2...𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
4711, 46eqtrd 2685 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
4847adantl 481 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
49 znnnlt1 11442 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (¬ 𝑁 ∈ ℕ ↔ 𝑁 < 1))
5049biimpa 500 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 < 1)
51 incom 3838 . . . . . . 7 ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = (ℙ ∩ (0[,]𝑁))
52 isprm3 15443 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℙ ↔ (𝑛 ∈ (ℤ‘2) ∧ ∀𝑖 ∈ (2...(𝑛 − 1)) ¬ 𝑖𝑛))
5352simplbi 475 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℙ → 𝑛 ∈ (ℤ‘2))
5453ssriv 3640 . . . . . . . . 9 ℙ ⊆ (ℤ‘2)
5512nnzi 11439 . . . . . . . . . 10 2 ∈ ℤ
56 uzssico 29674 . . . . . . . . . 10 (2 ∈ ℤ → (ℤ‘2) ⊆ (2[,)+∞))
5755, 56ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (ℤ‘2) ⊆ (2[,)+∞)
5854, 57sstri 3645 . . . . . . . 8 ℙ ⊆ (2[,)+∞)
59 incom 3838 . . . . . . . . 9 ((0[,]𝑁) ∩ (2[,)+∞)) = ((2[,)+∞) ∩ (0[,]𝑁))
60 0xr 10124 . . . . . . . . . . . 12 0 ∈ ℝ*
6160a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 0 ∈ ℝ*)
6212nnrei 11067 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℝ
6362rexri 10135 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ ℝ*
6463a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 2 ∈ ℝ*)
65 0le0 11148 . . . . . . . . . . . 12 0 ≤ 0
6665a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 0 ≤ 0)
671adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 ∈ ℝ)
68 1red 10093 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 1 ∈ ℝ)
6962a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 2 ∈ ℝ)
70 simpr 476 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 < 1)
71 1lt2 11232 . . . . . . . . . . . . 13 1 < 2
7271a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 1 < 2)
7367, 68, 69, 70, 72lttrd 10236 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 < 2)
74 iccssico 12283 . . . . . . . . . . 11 (((0 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ*) ∧ (0 ≤ 0 ∧ 𝑁 < 2)) → (0[,]𝑁) ⊆ (0[,)2))
7561, 64, 66, 73, 74syl22anc 1367 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → (0[,]𝑁) ⊆ (0[,)2))
76 pnfxr 10130 . . . . . . . . . . 11 +∞ ∈ ℝ*
77 icodisj 12335 . . . . . . . . . . 11 ((0 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) → ((0[,)2) ∩ (2[,)+∞)) = ∅)
7860, 63, 76, 77mp3an 1464 . . . . . . . . . 10 ((0[,)2) ∩ (2[,)+∞)) = ∅
79 ssdisj 4059 . . . . . . . . . 10 (((0[,]𝑁) ⊆ (0[,)2) ∧ ((0[,)2) ∩ (2[,)+∞)) = ∅) → ((0[,]𝑁) ∩ (2[,)+∞)) = ∅)
8075, 78, 79sylancl 695 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((0[,]𝑁) ∩ (2[,)+∞)) = ∅)
8159, 80syl5eqr 2699 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((2[,)+∞) ∩ (0[,]𝑁)) = ∅)
82 ssdisj 4059 . . . . . . . 8 ((ℙ ⊆ (2[,)+∞) ∧ ((2[,)+∞) ∩ (0[,]𝑁)) = ∅) → (ℙ ∩ (0[,]𝑁)) = ∅)
8358, 81, 82sylancr 696 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → (ℙ ∩ (0[,]𝑁)) = ∅)
8451, 83syl5eq 2697 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ∅)
85 1zzd 11446 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 1 ∈ ℤ)
86 simpl 472 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 ∈ ℤ)
87 fzn 12395 . . . . . . . . . 10 ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑁 < 1 ↔ (1...𝑁) = ∅))
8887biimpa 500 . . . . . . . . 9 (((1 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝑁 < 1) → (1...𝑁) = ∅)
8985, 86, 70, 88syl21anc 1365 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → (1...𝑁) = ∅)
9089ineq1d 3846 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((1...𝑁) ∩ ℙ) = (∅ ∩ ℙ))
9190, 20syl6eq 2701 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((1...𝑁) ∩ ℙ) = ∅)
9284, 91eqtr4d 2688 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
9350, 92syldan 486 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑁 ∈ ℕ) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
94 exmidd 431 . . . 4 (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℕ ∨ ¬ 𝑁 ∈ ℕ))
9548, 93, 94mpjaodan 844 . . 3 (𝑁 ∈ ℤ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
9695sumeq1d 14475 . 2 (𝑁 ∈ ℤ → Σ𝑛 ∈ ((0[,]𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛) = Σ𝑛 ∈ ((1...𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
973, 96eqtrd 2685 1 (𝑁 ∈ ℤ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((1...𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 383   = wceq 1523   ∈ wcel 2030  ∀wral 2941   ∖ cdif 3604   ∪ cun 3605   ∩ cin 3606   ⊆ wss 3607  ∅c0 3948  {csn 4210   class class class wbr 4685  ‘cfv 5926  (class class class)co 6690  ℝcr 9973  0cc0 9974  1c1 9975   + caddc 9977  +∞cpnf 10109  ℝ*cxr 10111   < clt 10112   ≤ cle 10113   − cmin 10304  ℕcn 11058  2c2 11108  ℤcz 11415  ℤ≥cuz 11725  [,)cico 12215  [,]cicc 12216  ...cfz 12364  ⌊cfl 12631  Σcsu 14460   ∥ cdvds 15027  ℙcprime 15432  logclog 24346  θccht 24862 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-rp 11871  df-ico 12219  df-icc 12220  df-fz 12365  df-fl 12633  df-seq 12842  df-exp 12901  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-sum 14461  df-dvds 15028  df-prm 15433  df-cht 24868 This theorem is referenced by:  hgt750lemd  30854
 Copyright terms: Public domain W3C validator