Theorem pcval 12296

Description: The value of the prime power function. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Feb-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 3-Oct-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
pcval.1	⊢ 𝑆 = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < )
pcval.2	⊢ 𝑇 = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < )

Assertion

Ref	Expression
pcval	⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃 pCnt 𝑁) = (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝑦,𝑧,𝑁   𝑃,𝑛,𝑥,𝑦,𝑧   𝑧,𝑆   𝑧,𝑇

Allowed substitution hints:   𝑆(𝑥,𝑦,𝑛)   𝑇(𝑥,𝑦,𝑛)

Proof of Theorem pcval

Dummy variables 𝑝 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl 109	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℙ)
2		simprl 529	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑁 ∈ ℚ)
3		ifnefalse 3546	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ≠ 0 → if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))) = (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))
4	3	ad2antll 491	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))) = (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))
5		pcval.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑆 = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < )
6		pcval.2	. . . . . 6 ⊢ 𝑇 = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < )
7	5, 6	pceu 12295	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃!𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))
8		euiotaex 5195	. . . . 5 ⊢ (∃!𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)) → (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))) ∈ V)
9	7, 8	syl 14	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))) ∈ V)
10	4, 9	eqeltrd 2254	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))) ∈ V)
11		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → 𝑟 = 𝑁)
12	11	eqeq1d 2186	. . . . 5 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → (𝑟 = 0 ↔ 𝑁 = 0))
13		eqeq1 2184	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑟 = 𝑁 → (𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ↔ 𝑁 = (𝑥 / 𝑦)))
14		oveq1 5882	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → (𝑝↑𝑛) = (𝑃↑𝑛))
15	14	breq1d 4014	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → ((𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥 ↔ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥))
16	15	rabbidv 2727	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥} = {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥})
17	16	supeq1d 6986	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ))
18	17, 5	eqtr4di 2228	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) = 𝑆)
19	14	breq1d 4014	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → ((𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦 ↔ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦))
20	19	rabbidv 2727	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦} = {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦})
21	20	supeq1d 6986	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ) = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ))
22	21, 6	eqtr4di 2228	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ) = 𝑇)
23	18, 22	oveq12d 5893	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < )) = (𝑆 − 𝑇))
24	23	eqeq2d 2189	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → (𝑧 = (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < )) ↔ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))
25	13, 24	bi2anan9r 607	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → ((𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ))) ↔ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))
26	25	2rexbidv 2502	. . . . . 6 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ))) ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))
27	26	iotabidv 5200	. . . . 5 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < )))) = (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))
28	12, 27	ifbieq2d 3559	. . . 4 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → if(𝑟 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ))))) = if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))))
29		df-pc 12285	. . . 4 ⊢ pCnt = (𝑝 ∈ ℙ, 𝑟 ∈ ℚ ↦ if(𝑟 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ))))))
30	28, 29	ovmpoga 6004	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℚ ∧ if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))) ∈ V) → (𝑃 pCnt 𝑁) = if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))))
31	1, 2, 10, 30	syl3anc 1238	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃 pCnt 𝑁) = if(𝑁 = 0, +∞, (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))))
32	31, 4	eqtrd 2210	1 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃 pCnt 𝑁) = (℩𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1353  ∃!weu 2026   ∈ wcel 2148   ≠ wne 2347  ∃wrex 2456  {crab 2459  Vcvv 2738  ifcif 3535   class class class wbr 4004  ℩cio 5177  (class class class)co 5875  supcsup 6981  ℝcr 7810  0cc0 7811  +∞cpnf 7989   < clt 7992   − cmin 8128   / cdiv 8629  ℕcn 8919  ℕ₀cn0 9176  ℤcz 9253  ℚcq 9619  ↑cexp 10519   ∥ cdvds 11794  ℙcprime 12107   pCnt cpc 12284

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4119  ax-sep 4122  ax-nul 4130  ax-pow 4175  ax-pr 4210  ax-un 4434  ax-setind 4537  ax-iinf 4588  ax-cnex 7902  ax-resscn 7903  ax-1cn 7904  ax-1re 7905  ax-icn 7906  ax-addcl 7907  ax-addrcl 7908  ax-mulcl 7909  ax-mulrcl 7910  ax-addcom 7911  ax-mulcom 7912  ax-addass 7913  ax-mulass 7914  ax-distr 7915  ax-i2m1 7916  ax-0lt1 7917  ax-1rid 7918  ax-0id 7919  ax-rnegex 7920  ax-precex 7921  ax-cnre 7922  ax-pre-ltirr 7923  ax-pre-ltwlin 7924  ax-pre-lttrn 7925  ax-pre-apti 7926  ax-pre-ltadd 7927  ax-pre-mulgt0 7928  ax-pre-mulext 7929  ax-arch 7930  ax-caucvg 7931

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2740  df-sbc 2964  df-csb 3059  df-dif 3132  df-un 3134  df-in 3136  df-ss 3143  df-nul 3424  df-if 3536  df-pw 3578  df-sn 3599  df-pr 3600  df-op 3602  df-uni 3811  df-int 3846  df-iun 3889  df-br 4005  df-opab 4066  df-mpt 4067  df-tr 4103  df-id 4294  df-po 4297  df-iso 4298  df-iord 4367  df-on 4369  df-ilim 4370  df-suc 4372  df-iom 4591  df-xp 4633  df-rel 4634  df-cnv 4635  df-co 4636  df-dm 4637  df-rn 4638  df-res 4639  df-ima 4640  df-iota 5179  df-fun 5219  df-fn 5220  df-f 5221  df-f1 5222  df-fo 5223  df-f1o 5224  df-fv 5225  df-isom 5226  df-riota 5831  df-ov 5878  df-oprab 5879  df-mpo 5880  df-1st 6141  df-2nd 6142  df-recs 6306  df-frec 6392  df-1o 6417  df-2o 6418  df-er 6535  df-en 6741  df-sup 6983  df-inf 6984  df-pnf 7994  df-mnf 7995  df-xr 7996  df-ltxr 7997  df-le 7998  df-sub 8130  df-neg 8131  df-reap 8532  df-ap 8539  df-div 8630  df-inn 8920  df-2 8978  df-3 8979  df-4 8980  df-n0 9177  df-z 9254  df-uz 9529  df-q 9620  df-rp 9654  df-fz 10009  df-fzo 10143  df-fl 10270  df-mod 10323  df-seqfrec 10446  df-exp 10520  df-cj 10851  df-re 10852  df-im 10853  df-rsqrt 11007  df-abs 11008  df-dvds 11795  df-gcd 11944  df-prm 12108  df-pc 12285

This theorem is referenced by:  pczpre  12297  pcdiv  12302