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Theorem prmgaplem8 16382
Description: Lemma for prmgap 16383. (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 16006 . . . . . . . . 9 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℕ)
21nnred 11641 . . . . . . . 8 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℝ)
32ad2antll 725 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑞 ∈ ℝ)
4 prmnn 16006 . . . . . . . . . 10 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℕ)
54nnred 11641 . . . . . . . . 9 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℝ)
65ad2antlr 723 . . . . . . . 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 11641 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
109ad2antrr 722 . . . . . . . 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 8417 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹 ∈ (ℕ ↑m ℕ) → 𝐹:ℕ⟶ℕ)
14 ffvelrn 6841 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐹𝑁) ∈ ℕ)
1514ex 413 . . . . . . . . . . . . 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 11641 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
1918ad2antrr 722 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
2019adantl 482 . . . . . . . 8 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
21 1red 10630 . . . . . . . 8 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 1 ∈ ℝ)
2220, 21readdcld 10658 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → ((𝐹𝑁) + 1) ∈ ℝ)
2317nncnd 11642 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℂ)
24 1cnd 10624 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
258nncnd 11642 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
2623, 24, 25add32d 10855 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) = (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1))
2726adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) = (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1))
2827ad2antrr 722 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) = (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1))
2917nnzd 12074 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℤ)
3029adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝐹𝑁) ∈ ℤ)
318nnzd 12074 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
3231adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℤ)
3330, 32zaddcld 12079 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝐹𝑁) + 𝑁) ∈ ℤ)
34 prmz 16007 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℤ)
35 zltp1le 12020 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐹𝑁) + 𝑁) ∈ ℤ ∧ 𝑞 ∈ ℤ) → (((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ↔ (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1) ≤ 𝑞))
3633, 34, 35syl2an 595 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → (((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ↔ (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1) ≤ 𝑞))
3736biimpa 477 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝐹𝑁) + 𝑁) + 1) ≤ 𝑞)
3828, 37eqbrtrd 5079 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) ≤ 𝑞)
3938expcom 414 . . . . . . . . 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 407 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → (((𝐹𝑁) + 1) + 𝑁) ≤ 𝑞)
42 df-2 11688 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 = (1 + 1)
4342a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → 2 = (1 + 1))
4443oveq2d 7161 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝐹𝑁) + 2) = ((𝐹𝑁) + (1 + 1)))
4523, 24, 24addassd 10651 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (((𝐹𝑁) + 1) + 1) = ((𝐹𝑁) + (1 + 1)))
4644, 45eqtr4d 2856 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝐹𝑁) + 2) = (((𝐹𝑁) + 1) + 1))
4746adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → ((𝐹𝑁) + 2) = (((𝐹𝑁) + 1) + 1))
4847breq2d 5069 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ↔ 𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1)))
49 prmz 16007 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℤ)
5029peano2zd 12078 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝐹𝑁) + 1) ∈ ℤ)
51 zleltp1 12021 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑝 ∈ ℤ ∧ ((𝐹𝑁) + 1) ∈ ℤ) → (𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1) ↔ 𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1)))
5249, 50, 51syl2anr 596 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1) ↔ 𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1)))
5352biimprd 249 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 < (((𝐹𝑁) + 1) + 1) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1)))
5448, 53sylbid 241 . . . . . . . . . . 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 407 . . . . . . 7 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑝 ≤ ((𝐹𝑁) + 1))
593, 7, 11, 22, 41, 58lesub3d 11246 . . . . . 6 (((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) ∧ ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ)) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝))
6059ex 413 . . . . 5 ((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝)))
61603adant3 1124 . . . 4 ((𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ) → (((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝)))
6261impcom 408 . . 3 ((((𝜑𝑝 ∈ ℙ) ∧ 𝑞 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)) → 𝑁 ≤ (𝑞𝑝))
63 simpr3 1188 . . 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 512 . 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 16381 . 2 (𝜑 → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑝 < ((𝐹𝑁) + 2) ∧ ((𝐹𝑁) + 𝑁) < 𝑞 ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
6764, 66reximddv2 3275 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 207  wa 396  w3a 1079   = wceq 1528  wcel 2105  wnel 3120  wral 3135  wrex 3136   class class class wbr 5057  wf 6344  cfv 6348  (class class class)co 7145  m cmap 8395  cr 10524  1c1 10526   + caddc 10528   < clt 10663  cle 10664  cmin 10858  cn 11626  2c2 11680  cz 11969  ...cfz 12880  ..^cfzo 13021   gcd cgcd 15831  cprime 16003
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1787  ax-4 1801  ax-5 1902  ax-6 1961  ax-7 2006  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2151  ax-12 2167  ax-ext 2790  ax-sep 5194  ax-nul 5201  ax-pow 5257  ax-pr 5320  ax-un 7450  ax-cnex 10581  ax-resscn 10582  ax-1cn 10583  ax-icn 10584  ax-addcl 10585  ax-addrcl 10586  ax-mulcl 10587  ax-mulrcl 10588  ax-mulcom 10589  ax-addass 10590  ax-mulass 10591  ax-distr 10592  ax-i2m1 10593  ax-1ne0 10594  ax-1rid 10595  ax-rnegex 10596  ax-rrecex 10597  ax-cnre 10598  ax-pre-lttri 10599  ax-pre-lttrn 10600  ax-pre-ltadd 10601  ax-pre-mulgt0 10602  ax-pre-sup 10603
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 842  df-3or 1080  df-3an 1081  df-tru 1531  df-fal 1541  df-ex 1772  df-nf 1776  df-sb 2061  df-mo 2615  df-eu 2647  df-clab 2797  df-cleq 2811  df-clel 2890  df-nfc 2960  df-ne 3014  df-nel 3121  df-ral 3140  df-rex 3141  df-reu 3142  df-rmo 3143  df-rab 3144  df-v 3494  df-sbc 3770  df-csb 3881  df-dif 3936  df-un 3938  df-in 3940  df-ss 3949  df-pss 3951  df-nul 4289  df-if 4464  df-pw 4537  df-sn 4558  df-pr 4560  df-tp 4562  df-op 4564  df-uni 4831  df-iun 4912  df-br 5058  df-opab 5120  df-mpt 5138  df-tr 5164  df-id 5453  df-eprel 5458  df-po 5467  df-so 5468  df-fr 5507  df-we 5509  df-xp 5554  df-rel 5555  df-cnv 5556  df-co 5557  df-dm 5558  df-rn 5559  df-res 5560  df-ima 5561  df-pred 6141  df-ord 6187  df-on 6188  df-lim 6189  df-suc 6190  df-iota 6307  df-fun 6350  df-fn 6351  df-f 6352  df-f1 6353  df-fo 6354  df-f1o 6355  df-fv 6356  df-riota 7103  df-ov 7148  df-oprab 7149  df-mpo 7150  df-om 7570  df-1st 7678  df-2nd 7679  df-wrecs 7936  df-recs 7997  df-rdg 8035  df-1o 8091  df-2o 8092  df-er 8278  df-map 8397  df-en 8498  df-dom 8499  df-sdom 8500  df-fin 8501  df-sup 8894  df-inf 8895  df-pnf 10665  df-mnf 10666  df-xr 10667  df-ltxr 10668  df-le 10669  df-sub 10860  df-neg 10861  df-div 11286  df-nn 11627  df-2 11688  df-3 11689  df-n0 11886  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-fz 12881  df-fzo 13022  df-seq 13358  df-exp 13418  df-fac 13622  df-cj 14446  df-re 14447  df-im 14448  df-sqrt 14582  df-abs 14583  df-dvds 15596  df-gcd 15832  df-prm 16004
This theorem is referenced by:  prmgap  16383  prmgaplcm  16384  prmgapprmo  16386
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