Theorem pcval 12465

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 3572	. . . . 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 12464	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃!𝑧∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℕ (𝑁 = (𝑥 / 𝑦) ∧ 𝑧 = (𝑆 − 𝑇)))
8		euiotaex 5235	. . . . 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 2273	. . 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 2205	. . . . 5 ⊢ ((𝑝 = 𝑃 ∧ 𝑟 = 𝑁) → (𝑟 = 0 ↔ 𝑁 = 0))
13		eqeq1 2203	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑟 = 𝑁 → (𝑟 = (𝑥 / 𝑦) ↔ 𝑁 = (𝑥 / 𝑦)))
14		oveq1 5929	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → (𝑝↑𝑛) = (𝑃↑𝑛))
15	14	breq1d 4043	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → ((𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥 ↔ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥))
16	15	rabbidv 2752	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥} = {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥})
17	16	supeq1d 7053	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ))
18	17, 5	eqtr4di 2247	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) = 𝑆)
19	14	breq1d 4043	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → ((𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦 ↔ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦))
20	19	rabbidv 2752	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦} = {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦})
21	20	supeq1d 7053	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ) = sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ))
22	21, 6	eqtr4di 2247	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < ) = 𝑇)
23	18, 22	oveq12d 5940	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑝 = 𝑃 → (sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑥}, ℝ, < ) − sup({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑝↑𝑛) ∥ 𝑦}, ℝ, < )) = (𝑆 − 𝑇))
24	23	eqeq2d 2208	. . . . . . . 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 2522	. . . . . 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 5241	. . . . 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 3585	. . . 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 12454	. . . 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 6052	. . 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 1249	. 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 2229	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 1364  ∃!weu 2045   ∈ wcel 2167   ≠ wne 2367  ∃wrex 2476  {crab 2479  Vcvv 2763  ifcif 3561   class class class wbr 4033  ℩cio 5217  (class class class)co 5922  supcsup 7048  ℝcr 7878  0cc0 7879  +∞cpnf 8058   < clt 8061   − cmin 8197   / cdiv 8699  ℕcn 8990  ℕ₀cn0 9249  ℤcz 9326  ℚcq 9693  ↑cexp 10630   ∥ cdvds 11952  ℙcprime 12275   pCnt cpc 12453

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624  ax-cnex 7970  ax-resscn 7971  ax-1cn 7972  ax-1re 7973  ax-icn 7974  ax-addcl 7975  ax-addrcl 7976  ax-mulcl 7977  ax-mulrcl 7978  ax-addcom 7979  ax-mulcom 7980  ax-addass 7981  ax-mulass 7982  ax-distr 7983  ax-i2m1 7984  ax-0lt1 7985  ax-1rid 7986  ax-0id 7987  ax-rnegex 7988  ax-precex 7989  ax-cnre 7990  ax-pre-ltirr 7991  ax-pre-ltwlin 7992  ax-pre-lttrn 7993  ax-pre-apti 7994  ax-pre-ltadd 7995  ax-pre-mulgt0 7996  ax-pre-mulext 7997  ax-arch 7998  ax-caucvg 7999

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-id 4328  df-po 4331  df-iso 4332  df-iord 4401  df-on 4403  df-ilim 4404  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-isom 5267  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-1st 6198  df-2nd 6199  df-recs 6363  df-frec 6449  df-1o 6474  df-2o 6475  df-er 6592  df-en 6800  df-sup 7050  df-inf 7051  df-pnf 8063  df-mnf 8064  df-xr 8065  df-ltxr 8066  df-le 8067  df-sub 8199  df-neg 8200  df-reap 8602  df-ap 8609  df-div 8700  df-inn 8991  df-2 9049  df-3 9050  df-4 9051  df-n0 9250  df-z 9327  df-uz 9602  df-q 9694  df-rp 9729  df-fz 10084  df-fzo 10218  df-fl 10360  df-mod 10415  df-seqfrec 10540  df-exp 10631  df-cj 11007  df-re 11008  df-im 11009  df-rsqrt 11163  df-abs 11164  df-dvds 11953  df-gcd 12121  df-prm 12276  df-pc 12454

This theorem is referenced by:  pczpre  12466  pcdiv  12471