Theorem prmfac1 12026

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 e. NN0 /\ P e. Prime /\ P || ( ! ` N ) ) -> P <_ N )

Proof of Theorem prmfac1

Dummy variables x k are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( x = 0 -> ( ! ` x ) = ( ! ` 0 ) )
2	1	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( x = 0 -> ( P || ( ! ` x ) <-> P || ( ! ` 0 ) ) )
3		breq2 3969	. . . . 5 |- ( x = 0 -> ( P <_ x <-> P <_ 0 ) )
4	2, 3	imbi12d 233	. . . 4 |- ( x = 0 -> ( ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) <-> ( P || ( ! ` 0 ) -> P <_ 0 ) ) )
5	4	imbi2d 229	. . 3 |- ( x = 0 -> ( ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) ) <-> ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` 0 ) -> P <_ 0 ) ) ) )
6		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( x = k -> ( ! ` x ) = ( ! ` k ) )
7	6	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( x = k -> ( P || ( ! ` x ) <-> P || ( ! ` k ) ) )
8		breq2 3969	. . . . 5 |- ( x = k -> ( P <_ x <-> P <_ k ) )
9	7, 8	imbi12d 233	. . . 4 |- ( x = k -> ( ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) <-> ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) ) )
10	9	imbi2d 229	. . 3 |- ( x = k -> ( ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) ) <-> ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) ) ) )
11		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ! ` x ) = ( ! ` ( k + 1 ) ) )
12	11	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( P || ( ! ` x ) <-> P || ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
13		breq2 3969	. . . . 5 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( P <_ x <-> P <_ ( k + 1 ) ) )
14	12, 13	imbi12d 233	. . . 4 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) <-> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
15	14	imbi2d 229	. . 3 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) ) <-> ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) ) )
16		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( x = N -> ( ! ` x ) = ( ! ` N ) )
17	16	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( x = N -> ( P || ( ! ` x ) <-> P || ( ! ` N ) ) )
18		breq2 3969	. . . . 5 |- ( x = N -> ( P <_ x <-> P <_ N ) )
19	17, 18	imbi12d 233	. . . 4 |- ( x = N -> ( ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) <-> ( P || ( ! ` N ) -> P <_ N ) ) )
20	19	imbi2d 229	. . 3 |- ( x = N -> ( ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` x ) -> P <_ x ) ) <-> ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` N ) -> P <_ N ) ) ) )
21		fac0 10602	. . . . 5 |- ( ! ` 0 ) = 1
22	21	breq2i 3973	. . . 4 |- ( P || ( ! ` 0 ) <-> P || 1 )
23		nprmdvds1 12016	. . . . 5 |- ( P e. Prime -> -. P || 1 )
24	23	pm2.21d 609	. . . 4 |- ( P e. Prime -> ( P || 1 -> P <_ 0 ) )
25	22, 24	syl5bi 151	. . 3 |- ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` 0 ) -> P <_ 0 ) )
26		facp1 10604	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` ( k + 1 ) ) = ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) )
27	26	adantr 274	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ! ` ( k + 1 ) ) = ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) )
28	27	breq2d 3977	. . . . . . . 8 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) <-> P || ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) ) )
29		simpr 109	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> P e. Prime )
30		faccl 10609	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` k ) e. NN )
31	30	adantr 274	. . . . . . . . . 10 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ! ` k ) e. NN )
32	31	nnzd 9285	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ! ` k ) e. ZZ )
33		nn0p1nn 9129	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. NN0 -> ( k + 1 ) e. NN )
34	33	adantr 274	. . . . . . . . . 10 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( k + 1 ) e. NN )
35	34	nnzd 9285	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( k + 1 ) e. ZZ )
36		euclemma 12020	. . . . . . . . 9 |- ( ( P e. Prime /\ ( ! ` k ) e. ZZ /\ ( k + 1 ) e. ZZ ) -> ( P || ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) <-> ( P || ( ! ` k ) \/ P || ( k + 1 ) ) ) )
37	29, 32, 35, 36	syl3anc 1220	. . . . . . . 8 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) <-> ( P || ( ! ` k ) \/ P || ( k + 1 ) ) ) )
38	28, 37	bitrd 187	. . . . . . 7 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) <-> ( P || ( ! ` k ) \/ P || ( k + 1 ) ) ) )
39		nn0re 9099	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( k e. NN0 -> k e. RR )
40	39	adantr 274	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> k e. RR )
41	40	lep1d 8802	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> k <_ ( k + 1 ) )
42		prmz 11987	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( P e. Prime -> P e. ZZ )
43	42	adantl 275	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> P e. ZZ )
44	43	zred 9286	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> P e. RR )
45	34	nnred 8846	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( k + 1 ) e. RR )
46		letr 7960	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( P e. RR /\ k e. RR /\ ( k + 1 ) e. RR ) -> ( ( P <_ k /\ k <_ ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) )
47	44, 40, 45, 46	syl3anc 1220	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ( P <_ k /\ k <_ ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) )
48	41, 47	mpan2d 425	. . . . . . . . . 10 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P <_ k -> P <_ ( k + 1 ) ) )
49	48	imim2d 54	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> ( P || ( ! ` k ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
50	49	com23 78	. . . . . . . 8 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( ! ` k ) -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
51		dvdsle 11735	. . . . . . . . . 10 |- ( ( P e. ZZ /\ ( k + 1 ) e. NN ) -> ( P || ( k + 1 ) -> P <_ ( k + 1 ) ) )
52	43, 34, 51	syl2anc 409	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( k + 1 ) -> P <_ ( k + 1 ) ) )
53	52	a1dd 48	. . . . . . . 8 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( k + 1 ) -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
54	50, 53	jaod 707	. . . . . . 7 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ( P || ( ! ` k ) \/ P || ( k + 1 ) ) -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
55	38, 54	sylbid 149	. . . . . 6 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
56	55	com23 78	. . . . 5 |- ( ( k e. NN0 /\ P e. Prime ) -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) )
57	56	ex 114	. . . 4 |- ( k e. NN0 -> ( P e. Prime -> ( ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) ) )
58	57	a2d 26	. . 3 |- ( k e. NN0 -> ( ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` k ) -> P <_ k ) ) -> ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` ( k + 1 ) ) -> P <_ ( k + 1 ) ) ) ) )
59	5, 10, 15, 20, 25, 58	nn0ind 9278	. 2 |- ( N e. NN0 -> ( P e. Prime -> ( P || ( ! ` N ) -> P <_ N ) ) )
60	59	3imp 1176	1 |- ( ( N e. NN0 /\ P e. Prime /\ P || ( ! ` N ) ) -> P <_ N )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   <-> wb 104   \/ wo 698   /\ w3a 963   = wceq 1335   e. wcel 2128   class class class wbr 3965   ` cfv 5170  (class class class)co 5824   RRcr 7731   0cc0 7732   1c1 7733   + caddc 7735   x. cmul 7737   <_ cle 7913   NNcn 8833   NN0cn0 9090   ZZcz 9167   !cfa 10599   || cdvds 11683   Primecprime 11983

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1427  ax-7 1428  ax-gen 1429  ax-ie1 1473  ax-ie2 1474  ax-8 1484  ax-10 1485  ax-11 1486  ax-i12 1487  ax-bndl 1489  ax-4 1490  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-13 2130  ax-14 2131  ax-ext 2139  ax-coll 4079  ax-sep 4082  ax-nul 4090  ax-pow 4135  ax-pr 4169  ax-un 4393  ax-setind 4496  ax-iinf 4547  ax-cnex 7823  ax-resscn 7824  ax-1cn 7825  ax-1re 7826  ax-icn 7827  ax-addcl 7828  ax-addrcl 7829  ax-mulcl 7830  ax-mulrcl 7831  ax-addcom 7832  ax-mulcom 7833  ax-addass 7834  ax-mulass 7835  ax-distr 7836  ax-i2m1 7837  ax-0lt1 7838  ax-1rid 7839  ax-0id 7840  ax-rnegex 7841  ax-precex 7842  ax-cnre 7843  ax-pre-ltirr 7844  ax-pre-ltwlin 7845  ax-pre-lttrn 7846  ax-pre-apti 7847  ax-pre-ltadd 7848  ax-pre-mulgt0 7849  ax-pre-mulext 7850  ax-arch 7851  ax-caucvg 7852

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1338  df-fal 1341  df-nf 1441  df-sb 1743  df-eu 2009  df-mo 2010  df-clab 2144  df-cleq 2150  df-clel 2153  df-nfc 2288  df-ne 2328  df-nel 2423  df-ral 2440  df-rex 2441  df-reu 2442  df-rmo 2443  df-rab 2444  df-v 2714  df-sbc 2938  df-csb 3032  df-dif 3104  df-un 3106  df-in 3108  df-ss 3115  df-nul 3395  df-if 3506  df-pw 3545  df-sn 3566  df-pr 3567  df-op 3569  df-uni 3773  df-int 3808  df-iun 3851  df-br 3966  df-opab 4026  df-mpt 4027  df-tr 4063  df-id 4253  df-po 4256  df-iso 4257  df-iord 4326  df-on 4328  df-ilim 4329  df-suc 4331  df-iom 4550  df-xp 4592  df-rel 4593  df-cnv 4594  df-co 4595  df-dm 4596  df-rn 4597  df-res 4598  df-ima 4599  df-iota 5135  df-fun 5172  df-fn 5173  df-f 5174  df-f1 5175  df-fo 5176  df-f1o 5177  df-fv 5178  df-riota 5780  df-ov 5827  df-oprab 5828  df-mpo 5829  df-1st 6088  df-2nd 6089  df-recs 6252  df-frec 6338  df-1o 6363  df-2o 6364  df-er 6480  df-en 6686  df-sup 6928  df-pnf 7914  df-mnf 7915  df-xr 7916  df-ltxr 7917  df-le 7918  df-sub 8048  df-neg 8049  df-reap 8450  df-ap 8457  df-div 8546  df-inn 8834  df-2 8892  df-3 8893  df-4 8894  df-n0 9091  df-z 9168  df-uz 9440  df-q 9529  df-rp 9561  df-fz 9913  df-fzo 10042  df-fl 10169  df-mod 10222  df-seqfrec 10345  df-exp 10419  df-fac 10600  df-cj 10742  df-re 10743  df-im 10744  df-rsqrt 10898  df-abs 10899  df-dvds 11684  df-gcd 11829  df-prm 11984

This theorem is referenced by:  prmndvdsfaclt  12030