Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  lcmf Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lcmf 15393
 Description: Characterization of the least common multiple of a set of integers (without 0): A positiven integer is the least common multiple of a set of integers iff it divides each of the elements of the set and every integer which divides each of the elements of the set is greater than or equal to this integer. (Contributed by AV, 22-Aug-2020.)
Assertion
Ref Expression
lcmf ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 = (lcm𝑍) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘))))
Distinct variable groups:   𝑘,𝐾,𝑚   𝑘,𝑍,𝑚

Proof of Theorem lcmf
StepHypRef Expression
1 dvdslcmf 15391 . . . . . 6 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin) → ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍))
213adant3 1101 . . . . 5 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍))
3 lcmfledvds 15392 . . . . . . 7 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ((𝑘 ∈ ℕ ∧ ∀𝑚𝑍 𝑚𝑘) → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
43expdimp 452 . . . . . 6 (((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
54ralrimiva 2995 . . . . 5 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
62, 5jca 553 . . . 4 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
76adantl 481 . . 3 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
8 breq2 4689 . . . . 5 (𝐾 = (lcm𝑍) → (𝑚𝐾𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
98ralbidv 3015 . . . 4 (𝐾 = (lcm𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ↔ ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
10 breq1 4688 . . . . . 6 (𝐾 = (lcm𝑍) → (𝐾𝑘 ↔ (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
1110imbi2d 329 . . . . 5 (𝐾 = (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
1211ralbidv 3015 . . . 4 (𝐾 = (lcm𝑍) → (∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
139, 12anbi12d 747 . . 3 (𝐾 = (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))))
147, 13syl5ibrcom 237 . 2 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 = (lcm𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘))))
15 lcmfn0cl 15386 . . . . . 6 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (lcm𝑍) ∈ ℕ)
1615adantl 481 . . . . 5 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (lcm𝑍) ∈ ℕ)
17 breq2 4689 . . . . . . . 8 (𝑘 = (lcm𝑍) → (𝑚𝑘𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
1817ralbidv 3015 . . . . . . 7 (𝑘 = (lcm𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 ↔ ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
19 breq2 4689 . . . . . . 7 (𝑘 = (lcm𝑍) → (𝐾𝑘𝐾 ≤ (lcm𝑍)))
2018, 19imbi12d 333 . . . . . 6 (𝑘 = (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
2120rspcv 3336 . . . . 5 ((lcm𝑍) ∈ ℕ → (∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
2216, 21syl 17 . . . 4 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
2322adantld 482 . . 3 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
242adantl 481 . . . . 5 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍))
25 nnre 11065 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℝ)
2615nnred 11073 . . . . . . . 8 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (lcm𝑍) ∈ ℝ)
2725, 26anim12i 589 . . . . . . 7 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 ∈ ℝ ∧ (lcm𝑍) ∈ ℝ))
28 leloe 10162 . . . . . . 7 ((𝐾 ∈ ℝ ∧ (lcm𝑍) ∈ ℝ) → (𝐾 ≤ (lcm𝑍) ↔ (𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍))))
2927, 28syl 17 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 ≤ (lcm𝑍) ↔ (𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍))))
30 lcmfledvds 15392 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ ∀𝑚𝑍 𝑚𝐾) → (lcm𝑍) ≤ 𝐾))
3130expd 451 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (𝐾 ∈ ℕ → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 → (lcm𝑍) ≤ 𝐾)))
3231impcom 445 . . . . . . . . . . 11 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 → (lcm𝑍) ≤ 𝐾))
33 lenlt 10154 . . . . . . . . . . . . 13 (((lcm𝑍) ∈ ℝ ∧ 𝐾 ∈ ℝ) → ((lcm𝑍) ≤ 𝐾 ↔ ¬ 𝐾 < (lcm𝑍)))
3426, 25, 33syl2anr 494 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((lcm𝑍) ≤ 𝐾 ↔ ¬ 𝐾 < (lcm𝑍)))
35 pm2.21 120 . . . . . . . . . . . 12 𝐾 < (lcm𝑍) → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍)))
3634, 35syl6bi 243 . . . . . . . . . . 11 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((lcm𝑍) ≤ 𝐾 → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
3732, 36syldc 48 . . . . . . . . . 10 (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
3837adantr 480 . . . . . . . . 9 ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
3938com13 88 . . . . . . . 8 (𝐾 < (lcm𝑍) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
40 2a1 28 . . . . . . . 8 (𝐾 = (lcm𝑍) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4139, 40jaoi 393 . . . . . . 7 ((𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍)) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4241com12 32 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4329, 42sylbid 230 . . . . 5 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 ≤ (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4424, 43embantd 59 . . . 4 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4544com23 86 . . 3 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4623, 45mpdd 43 . 2 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍)))
4714, 46impbid 202 1 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 = (lcm𝑍) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘))))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 196   ∨ wo 382   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523   ∈ wcel 2030   ∉ wnel 2926  ∀wral 2941   ⊆ wss 3607   class class class wbr 4685  ‘cfv 5926  Fincfn 7997  ℝcr 9973  0cc0 9974   < clt 10112   ≤ cle 10113  ℕcn 11058  ℤcz 11415   ∥ cdvds 15027  lcmclcmf 15349 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-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  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-fal 1529  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-int 4508  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-se 5103  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-isom 5935  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-oadd 7609  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  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-fz 12365  df-fzo 12505  df-seq 12842  df-exp 12901  df-hash 13158  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-clim 14263  df-prod 14680  df-dvds 15028  df-lcmf 15351 This theorem is referenced by:  lcmftp  15396  lcmfunsnlem2lem2  15399
 Copyright terms: Public domain W3C validator