MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  prmfac1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem prmfac1 15633
Description: The factorial of a number only contains primes less than the base. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Mar-2014.)
Assertion
Ref Expression
prmfac1 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ∥ (!‘𝑁)) → 𝑃𝑁)

Proof of Theorem prmfac1
Dummy variables 𝑥 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 6352 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → (!‘𝑥) = (!‘0))
21breq2d 4816 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘0)))
3 breq2 4808 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝑃𝑥𝑃 ≤ 0))
42, 3imbi12d 333 . . . 4 (𝑥 = 0 → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘0) → 𝑃 ≤ 0)))
54imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = 0 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘0) → 𝑃 ≤ 0))))
6 fveq2 6352 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑘 → (!‘𝑥) = (!‘𝑘))
76breq2d 4816 . . . . 5 (𝑥 = 𝑘 → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘𝑘)))
8 breq2 4808 . . . . 5 (𝑥 = 𝑘 → (𝑃𝑥𝑃𝑘))
97, 8imbi12d 333 . . . 4 (𝑥 = 𝑘 → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘)))
109imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = 𝑘 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘))))
11 fveq2 6352 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑘 + 1) → (!‘𝑥) = (!‘(𝑘 + 1)))
1211breq2d 4816 . . . . 5 (𝑥 = (𝑘 + 1) → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1))))
13 breq2 4808 . . . . 5 (𝑥 = (𝑘 + 1) → (𝑃𝑥𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
1412, 13imbi12d 333 . . . 4 (𝑥 = (𝑘 + 1) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
1514imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = (𝑘 + 1) → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))))
16 fveq2 6352 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑁 → (!‘𝑥) = (!‘𝑁))
1716breq2d 4816 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘𝑁)))
18 breq2 4808 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (𝑃𝑥𝑃𝑁))
1917, 18imbi12d 333 . . . 4 (𝑥 = 𝑁 → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑁) → 𝑃𝑁)))
2019imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = 𝑁 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑁) → 𝑃𝑁))))
21 fac0 13257 . . . . 5 (!‘0) = 1
2221breq2i 4812 . . . 4 (𝑃 ∥ (!‘0) ↔ 𝑃 ∥ 1)
23 nprmdvds1 15620 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → ¬ 𝑃 ∥ 1)
2423pm2.21d 118 . . . 4 (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ 1 → 𝑃 ≤ 0))
2522, 24syl5bi 232 . . 3 (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘0) → 𝑃 ≤ 0))
26 facp1 13259 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
2726adantr 472 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
2827breq2d 4816 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) ↔ 𝑃 ∥ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
29 simpr 479 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℙ)
30 faccl 13264 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
3130adantr 472 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
3231nnzd 11673 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (!‘𝑘) ∈ ℤ)
33 nn0p1nn 11524 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3433adantr 472 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3534nnzd 11673 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑘 + 1) ∈ ℤ)
36 euclemma 15627 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (!‘𝑘) ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℤ) → (𝑃 ∥ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1))))
3729, 32, 35, 36syl3anc 1477 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1))))
3828, 37bitrd 268 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1))))
39 nn0re 11493 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
4039adantr 472 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑘 ∈ ℝ)
4140lep1d 11147 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑘 ≤ (𝑘 + 1))
42 prmz 15591 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
4342adantl 473 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℤ)
4443zred 11674 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℝ)
4534nnred 11227 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
46 letr 10323 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑃 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℝ) → ((𝑃𝑘𝑘 ≤ (𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
4744, 40, 45, 46syl3anc 1477 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃𝑘𝑘 ≤ (𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
4841, 47mpan2d 712 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃𝑘𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
4948imim2d 57 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5049com23 86 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
51 dvdsle 15234 . . . . . . . . . 10 ((𝑃 ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ) → (𝑃 ∥ (𝑘 + 1) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
5243, 34, 51syl2anc 696 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (𝑘 + 1) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
5352a1dd 50 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (𝑘 + 1) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5450, 53jaod 394 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1)) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5538, 54sylbid 230 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5655com23 86 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5756ex 449 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))))
5857a2d 29 . . 3 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘)) → (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))))
595, 10, 15, 20, 25, 58nn0ind 11664 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑁) → 𝑃𝑁)))
60593imp 1102 1 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ∥ (!‘𝑁)) → 𝑃𝑁)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wo 382  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139   class class class wbr 4804  cfv 6049  (class class class)co 6813  cr 10127  0cc0 10128  1c1 10129   + caddc 10131   · cmul 10133  cle 10267  cn 11212  0cn0 11484  cz 11569  !cfa 13254  cdvds 15182  cprime 15587
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205  ax-pre-sup 10206
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-iun 4674  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-om 7231  df-2nd 7334  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-1o 7729  df-2o 7730  df-er 7911  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-fin 8125  df-sup 8513  df-inf 8514  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-div 10877  df-nn 11213  df-2 11271  df-3 11272  df-n0 11485  df-z 11570  df-uz 11880  df-rp 12026  df-fl 12787  df-mod 12863  df-seq 12996  df-exp 13055  df-fac 13255  df-cj 14038  df-re 14039  df-im 14040  df-sqrt 14174  df-abs 14175  df-dvds 15183  df-gcd 15419  df-prm 15588
This theorem is referenced by:  prmndvdsfaclt  15637  chtublem  25135  bposlem3  25210
  Copyright terms: Public domain W3C validator