Theorem infpn2 13067

Description: There exist infinitely many prime numbers: the set of all primes 𝑆 is unbounded by infpn 12924, so by unbendc 13065 it is infinite. This is Metamath 100 proof #11. (Contributed by NM, 5-May-2005.)

Hypothesis

Ref	Expression
infpn2.1	⊢ 𝑆 = {𝑛 ∈ ℕ ∣ (1 < 𝑛 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑛 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑛)))}

Assertion

Ref	Expression
infpn2	⊢ 𝑆 ≈ ℕ

Distinct variable group:   𝑚,𝑛

Allowed substitution hints:   𝑆(𝑚,𝑛)

Proof of Theorem infpn2

Dummy variable 𝑟 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eluz2nn 9790	. . . . . . 7 ⊢ (𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑟 ∈ ℕ)
2	1	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ ((𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))) → 𝑟 ∈ ℕ)
3		simpll 527	. . . . . 6 ⊢ (((𝑟 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑟) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))) → 𝑟 ∈ ℕ)
4		eluz2b2 9827	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (𝑟 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑟))
5	4	a1i 9	. . . . . . 7 ⊢ (𝑟 ∈ ℕ → (𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (𝑟 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑟)))
6		nndivdvds 12347	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑟 ∈ ℕ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑚 ∥ 𝑟 ↔ (𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ))
7	6	imbi1d 231	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑟 ∈ ℕ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)) ↔ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))))
8	7	ralbidva 2526	. . . . . . 7 ⊢ (𝑟 ∈ ℕ → (∀𝑚 ∈ ℕ (𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)) ↔ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))))
9	5, 8	anbi12d 473	. . . . . 6 ⊢ (𝑟 ∈ ℕ → ((𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))) ↔ ((𝑟 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑟) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)))))
10	2, 3, 9	pm5.21nii 709	. . . . 5 ⊢ ((𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))) ↔ ((𝑟 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑟) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))))
11		anass 401	. . . . 5 ⊢ (((𝑟 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑟) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))) ↔ (𝑟 ∈ ℕ ∧ (1 < 𝑟 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)))))
12	10, 11	bitri 184	. . . 4 ⊢ ((𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))) ↔ (𝑟 ∈ ℕ ∧ (1 < 𝑟 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)))))
13		isprm2 12679	. . . 4 ⊢ (𝑟 ∈ ℙ ↔ (𝑟 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝑚 ∥ 𝑟 → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))))
14		breq2 4090	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → (1 < 𝑛 ↔ 1 < 𝑟))
15		oveq1 6020	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → (𝑛 / 𝑚) = (𝑟 / 𝑚))
16	15	eleq1d 2298	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → ((𝑛 / 𝑚) ∈ ℕ ↔ (𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ))
17		equequ2 1759	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → (𝑚 = 𝑛 ↔ 𝑚 = 𝑟))
18	17	orbi2d 795	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → ((𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑛) ↔ (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)))
19	16, 18	imbi12d 234	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → (((𝑛 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑛)) ↔ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))))
20	19	ralbidv 2530	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → (∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑛 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑛)) ↔ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟))))
21	14, 20	anbi12d 473	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑟 → ((1 < 𝑛 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑛 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑛))) ↔ (1 < 𝑟 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)))))
22		infpn2.1	. . . . 5 ⊢ 𝑆 = {𝑛 ∈ ℕ ∣ (1 < 𝑛 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑛 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑛)))}
23	21, 22	elrab2 2963	. . . 4 ⊢ (𝑟 ∈ 𝑆 ↔ (𝑟 ∈ ℕ ∧ (1 < 𝑟 ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ ((𝑟 / 𝑚) ∈ ℕ → (𝑚 = 1 ∨ 𝑚 = 𝑟)))))
24	12, 13, 23	3bitr4i 212	. . 3 ⊢ (𝑟 ∈ ℙ ↔ 𝑟 ∈ 𝑆)
25	24	eqriv 2226	. 2 ⊢ ℙ = 𝑆
26		prminf 13066	. 2 ⊢ ℙ ≈ ℕ
27	25, 26	eqbrtrri 4109	1 ⊢ 𝑆 ≈ ℕ

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∨ wo 713   = wceq 1395   ∈ wcel 2200  ∀wral 2508  {crab 2512   class class class wbr 4086  ‘cfv 5324  (class class class)co 6013   ≈ cen 6902  1c1 8023   < clt 8204   / cdiv 8842  ℕcn 9133  2c2 9184  ℤ_≥cuz 9745   ∥ cdvds 12338  ℙcprime 12669

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-coll 4202  ax-sep 4205  ax-nul 4213  ax-pow 4262  ax-pr 4297  ax-un 4528  ax-setind 4633  ax-iinf 4684  ax-cnex 8113  ax-resscn 8114  ax-1cn 8115  ax-1re 8116  ax-icn 8117  ax-addcl 8118  ax-addrcl 8119  ax-mulcl 8120  ax-mulrcl 8121  ax-addcom 8122  ax-mulcom 8123  ax-addass 8124  ax-mulass 8125  ax-distr 8126  ax-i2m1 8127  ax-0lt1 8128  ax-1rid 8129  ax-0id 8130  ax-rnegex 8131  ax-precex 8132  ax-cnre 8133  ax-pre-ltirr 8134  ax-pre-ltwlin 8135  ax-pre-lttrn 8136  ax-pre-apti 8137  ax-pre-ltadd 8138  ax-pre-mulgt0 8139  ax-pre-mulext 8140  ax-arch 8141  ax-caucvg 8142

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 836  df-dc 840  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-nel 2496  df-ral 2513  df-rex 2514  df-reu 2515  df-rmo 2516  df-rab 2517  df-v 2802  df-sbc 3030  df-csb 3126  df-dif 3200  df-un 3202  df-in 3204  df-ss 3211  df-nul 3493  df-if 3604  df-pw 3652  df-sn 3673  df-pr 3674  df-op 3676  df-uni 3892  df-int 3927  df-iun 3970  df-br 4087  df-opab 4149  df-mpt 4150  df-tr 4186  df-id 4388  df-po 4391  df-iso 4392  df-iord 4461  df-on 4463  df-ilim 4464  df-suc 4466  df-iom 4687  df-xp 4729  df-rel 4730  df-cnv 4731  df-co 4732  df-dm 4733  df-rn 4734  df-res 4735  df-ima 4736  df-iota 5284  df-fun 5326  df-fn 5327  df-f 5328  df-f1 5329  df-fo 5330  df-f1o 5331  df-fv 5332  df-isom 5333  df-riota 5966  df-ov 6016  df-oprab 6017  df-mpo 6018  df-1st 6298  df-2nd 6299  df-recs 6466  df-frec 6552  df-1o 6577  df-2o 6578  df-er 6697  df-pm 6815  df-en 6905  df-dom 6906  df-fin 6907  df-sup 7174  df-inf 7175  df-dju 7228  df-inl 7237  df-inr 7238  df-case 7274  df-pnf 8206  df-mnf 8207  df-xr 8208  df-ltxr 8209  df-le 8210  df-sub 8342  df-neg 8343  df-reap 8745  df-ap 8752  df-div 8843  df-inn 9134  df-2 9192  df-3 9193  df-4 9194  df-n0 9393  df-z 9470  df-uz 9746  df-q 9844  df-rp 9879  df-fz 10234  df-fzo 10368  df-fl 10520  df-mod 10575  df-seqfrec 10700  df-exp 10791  df-fac 10978  df-cj 11393  df-re 11394  df-im 11395  df-rsqrt 11549  df-abs 11550  df-dvds 12339  df-prm 12670

This theorem is referenced by: (None)