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Theorem prmgaplem8 15697
Description: Lemma for prmgap 15698. (Contributed by AV, 13-Aug-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
prmgaplem7.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
prmgaplem7.f (𝜑𝐹 ∈ (ℕ ↑𝑚 ℕ))
prmgaplem7.i (𝜑 → ∀𝑖 ∈ (2...𝑁)1 < (((𝐹𝑁) + 𝑖) gcd 𝑖))
Assertion
Ref Expression
prmgaplem8 (𝜑 → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑁 ≤ (𝑞𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
Distinct variable groups:   𝐹,𝑝,𝑞,𝑧   𝑖,𝐹   𝑁,𝑝,𝑞,𝑧   𝑖,𝑁   𝜑,𝑝,𝑞,𝑧
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑖)

Proof of Theorem prmgaplem8
StepHypRef Expression
1 prmnn 15323 . . . . . . . . 9 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℕ)
21nnred 10987 . . . . . . . 8 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℝ)
32ad2antll 764 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑞 ∈ ℝ)
4 prmnn 15323 . . . . . . . . . 10 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℕ)
54nnred 10987 . . . . . . . . 9 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℝ)
65ad2antlr 762 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℝ)
76adantl 482 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑝 ∈ ℝ)
8 prmgaplem7.n . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
98nnred 10987 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
109ad2antrr 761 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℝ)
1110adantl 482 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑁 ∈ ℝ)
12 prmgaplem7.f . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝐹 ∈ (ℕ ↑𝑚 ℕ))
13 elmapi 7831 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹 ∈ (ℕ ↑𝑚 ℕ) → 𝐹:ℕ⟶ℕ)
14 ffvelrn 6318 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐹𝑁) ∈ ℕ)
1514ex 450 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹:ℕ⟶ℕ → (𝑁 ∈ ℕ → (𝐹𝑁) ∈ ℕ))
1612, 13, 153syl 18 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑁 ∈ ℕ → (𝐹𝑁) ∈ ℕ))
178, 16mpd 15 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℕ)
1817nnred 10987 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
1918ad2antrr 761 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
2019adantl 482 . . . . . . . 8 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
21 1red 10007 . . . . . . . 8 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 1 ∈ ℝ)
2220, 21readdcld 10021 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → ((𝐹𝑁) + 1) ∈ ℝ)
2317nncnd 10988 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℂ)
24 1cnd 10008 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
258nncnd 10988 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
2623, 24, 25add32d 10215 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) = (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1))
2726adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) = (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1))
2827ad2antrr 761 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) = (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1))
2917nnzd 11433 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℤ)
3029adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝐹𝑁) ∈ ℤ)
318nnzd 11433 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
3231adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℤ)
3330, 32zaddcld 11438 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝐹𝑁) + 𝑁) ∈ ℤ)
34 prmz 15324 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℤ)
35 zltp1le 11379 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐹𝑁) + 𝑁) ∈ ℤ ∧ 𝑞 ∈ ℤ) → (((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ↔ (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1) ≤ 𝑞))
3633, 34, 35syl2an 494 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ↔ (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1) ≤ 𝑞))
3736biimpa 501 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1) ≤ 𝑞)
3828, 37eqbrtrd 4640 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) ≤ 𝑞)
3938expcom 451 . . . . . . . . 9 (((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) ≤ 𝑞))
4039adantl 482 . . . . . . . 8 ((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) ≤ 𝑞))
4140imp 445 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) ≤ 𝑞)
42 df-2 11031 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 = (1 + 1)
4342a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → 2 = (1 + 1))
4443oveq2d 6626 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝐹𝑁) + 2) = ((𝐹𝑁) + (1 + 1)))
4523, 24, 24addassd 10014 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (((𝐹𝑁) + 1) + 1) = ((𝐹𝑁) + (1 + 1)))
4644, 45eqtr4d 2658 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝐹𝑁) + 2) = (((𝐹𝑁) + 1) + 1))
4746adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝐹𝑁) + 2) = (((𝐹𝑁) + 1) + 1))
4847breq2d 4630 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ↔ 𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1)))
49 prmz 15324 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℤ)
5029peano2zd 11437 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝐹𝑁) + 1) ∈ ℤ)
51 zleltp1 11380 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑝 ∈ ℤ ∧ ((𝐹𝑁) + 1) ∈ ℤ) → (𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1) ↔ 𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1)))
5249, 50, 51syl2anr 495 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1) ↔ 𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1)))
5352biimprd 238 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1)))
5448, 53sylbid 230 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1)))
5554adantr 481 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1)))
5655com12 32 . . . . . . . . 9 (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1)))
5756adantr 481 . . . . . . . 8 ((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1)))
5857imp 445 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1))
593, 7, 11, 22, 41, 58lesub3d 10597 . . . . . 6 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝))
6059ex 450 . . . . 5 ((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝)))
61603adant3 1079 . . . 4 ((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝)))
6261impcom 446 . . 3 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝))
63 simpr3 1067 . . 3 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)) → ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)
6462, 63jca 554 . 2 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)) → (𝑁 ≤ (𝑞𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
65 prmgaplem7.i . . 3 (𝜑 → ∀𝑖 ∈ (2...𝑁)1 < (((𝐹𝑁) + 𝑖) gcd 𝑖))
668, 12, 65prmgaplem7 15696 . 2 (𝜑 → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
6764, 66reximddv2 3014 1 (𝜑 → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑁 ≤ (𝑞𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384  w3a 1036   = wceq 1480  wcel 1987  wnel 2893  wral 2907  wrex 2908   class class class wbr 4618  wf 5848  cfv 5852  (class class class)co 6610  𝑚 cmap 7809  cr 9887  1c1 9889   + caddc 9891   < clt 10026  cle 10027  cmin 10218  cn 10972  2c2 11022  cz 11329  ...cfz 12276  ..^cfzo 12414   gcd cgcd 15151  cprime 15320
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4736  ax-sep 4746  ax-nul 4754  ax-pow 4808  ax-pr 4872  ax-un 6909  ax-cnex 9944  ax-resscn 9945  ax-1cn 9946  ax-icn 9947  ax-addcl 9948  ax-addrcl 9949  ax-mulcl 9950  ax-mulrcl 9951  ax-mulcom 9952  ax-addass 9953  ax-mulass 9954  ax-distr 9955  ax-i2m1 9956  ax-1ne0 9957  ax-1rid 9958  ax-rnegex 9959  ax-rrecex 9960  ax-cnre 9961  ax-pre-lttri 9962  ax-pre-lttrn 9963  ax-pre-ltadd 9964  ax-pre-mulgt0 9965  ax-pre-sup 9966
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-fal 1486  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3191  df-sbc 3422  df-csb 3519  df-dif 3562  df-un 3564  df-in 3566  df-ss 3573  df-pss 3575  df-nul 3897  df-if 4064  df-pw 4137  df-sn 4154  df-pr 4156  df-tp 4158  df-op 4160  df-uni 4408  df-int 4446  df-iun 4492  df-br 4619  df-opab 4679  df-mpt 4680  df-tr 4718  df-eprel 4990  df-id 4994  df-po 5000  df-so 5001  df-fr 5038  df-we 5040  df-xp 5085  df-rel 5086  df-cnv 5087  df-co 5088  df-dm 5089  df-rn 5090  df-res 5091  df-ima 5092  df-pred 5644  df-ord 5690  df-on 5691  df-lim 5692  df-suc 5693  df-iota 5815  df-fun 5854  df-fn 5855  df-f 5856  df-f1 5857  df-fo 5858  df-f1o 5859  df-fv 5860  df-riota 6571  df-ov 6613  df-oprab 6614  df-mpt2 6615  df-om 7020  df-1st 7120  df-2nd 7121  df-wrecs 7359  df-recs 7420  df-rdg 7458  df-1o 7512  df-2o 7513  df-oadd 7516  df-er 7694  df-map 7811  df-en 7908  df-dom 7909  df-sdom 7910  df-fin 7911  df-sup 8300  df-inf 8301  df-pnf 10028  df-mnf 10029  df-xr 10030  df-ltxr 10031  df-le 10032  df-sub 10220  df-neg 10221  df-div 10637  df-nn 10973  df-2 11031  df-3 11032  df-n0 11245  df-z 11330  df-uz 11640  df-rp 11785  df-fz 12277  df-fzo 12415  df-seq 12750  df-exp 12809  df-fac 13009  df-cj 13781  df-re 13782  df-im 13783  df-sqrt 13917  df-abs 13918  df-dvds 14919  df-gcd 15152  df-prm 15321
This theorem is referenced by:  prmgap  15698  prmgaplcm  15699  prmgapprmo  15701
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