Proof of Theorem perfect
| Step | Hyp | Ref
| Expression |
| 1 | | simplr 528 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → 2 ∥ 𝑁) |
| 2 | | 2prm 12295 |
. . . . . . . 8
⊢ 2 ∈
ℙ |
| 3 | | simpll 527 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ) |
| 4 | | pcelnn 12490 |
. . . . . . . 8
⊢ ((2
∈ ℙ ∧ 𝑁
∈ ℕ) → ((2 pCnt 𝑁) ∈ ℕ ↔ 2 ∥ 𝑁)) |
| 5 | 2, 3, 4 | sylancr 414 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((2 pCnt 𝑁) ∈ ℕ ↔ 2
∥ 𝑁)) |
| 6 | 1, 5 | mpbird 167 |
. . . . . 6
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2 pCnt 𝑁) ∈
ℕ) |
| 7 | 6 | nnzd 9447 |
. . . . 5
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2 pCnt 𝑁) ∈
ℤ) |
| 8 | 7 | peano2zd 9451 |
. . . 4
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((2 pCnt 𝑁) + 1) ∈
ℤ) |
| 9 | | pcdvds 12484 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((2
∈ ℙ ∧ 𝑁
∈ ℕ) → (2↑(2 pCnt 𝑁)) ∥ 𝑁) |
| 10 | 2, 3, 9 | sylancr 414 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2↑(2 pCnt 𝑁)) ∥ 𝑁) |
| 11 | | 2nn 9152 |
. . . . . . . . . 10
⊢ 2 ∈
ℕ |
| 12 | 6 | nnnn0d 9302 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2 pCnt 𝑁) ∈
ℕ0) |
| 13 | | nnexpcl 10644 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((2
∈ ℕ ∧ (2 pCnt 𝑁) ∈ ℕ0) →
(2↑(2 pCnt 𝑁)) ∈
ℕ) |
| 14 | 11, 12, 13 | sylancr 414 |
. . . . . . . . 9
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2↑(2 pCnt 𝑁)) ∈
ℕ) |
| 15 | | nndivdvds 11961 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (2↑(2
pCnt 𝑁)) ∈ ℕ)
→ ((2↑(2 pCnt 𝑁))
∥ 𝑁 ↔ (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) ∈
ℕ)) |
| 16 | 3, 14, 15 | syl2anc 411 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((2↑(2 pCnt 𝑁)) ∥ 𝑁 ↔ (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) ∈ ℕ)) |
| 17 | 10, 16 | mpbid 147 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) ∈ ℕ) |
| 18 | | pcndvds2 12488 |
. . . . . . . 8
⊢ ((2
∈ ℙ ∧ 𝑁
∈ ℕ) → ¬ 2 ∥ (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁)))) |
| 19 | 2, 3, 18 | sylancr 414 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ¬ 2 ∥ (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁)))) |
| 20 | | simpr 110 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) |
| 21 | | nncn 8998 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈
ℂ) |
| 22 | 21 | ad2antrr 488 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → 𝑁 ∈ ℂ) |
| 23 | 14 | nncnd 9004 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2↑(2 pCnt 𝑁)) ∈
ℂ) |
| 24 | 14 | nnap0d 9036 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2↑(2 pCnt 𝑁)) # 0) |
| 25 | 22, 23, 24 | divcanap2d 8819 |
. . . . . . . . 9
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((2↑(2 pCnt 𝑁)) · (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁)))) = 𝑁) |
| 26 | 25 | oveq2d 5938 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (1 σ ((2↑(2
pCnt 𝑁)) · (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))))) = (1 σ 𝑁)) |
| 27 | 25 | oveq2d 5938 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2 ·
((2↑(2 pCnt 𝑁))
· (𝑁 / (2↑(2
pCnt 𝑁))))) = (2 ·
𝑁)) |
| 28 | 20, 26, 27 | 3eqtr4d 2239 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (1 σ ((2↑(2
pCnt 𝑁)) · (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))))) = (2 · ((2↑(2
pCnt 𝑁)) · (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁)))))) |
| 29 | 6, 17, 19, 28 | perfectlem2 15236 |
. . . . . 6
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) ∈ ℙ ∧ (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) = ((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1)) − 1))) |
| 30 | 29 | simprd 114 |
. . . . 5
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) = ((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1)) − 1)) |
| 31 | 29 | simpld 112 |
. . . . 5
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁))) ∈ ℙ) |
| 32 | 30, 31 | eqeltrrd 2274 |
. . . 4
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((2↑((2 pCnt
𝑁) + 1)) − 1) ∈
ℙ) |
| 33 | 6 | nncnd 9004 |
. . . . . . . . 9
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2 pCnt 𝑁) ∈
ℂ) |
| 34 | | ax-1cn 7972 |
. . . . . . . . 9
⊢ 1 ∈
ℂ |
| 35 | | pncan 8232 |
. . . . . . . . 9
⊢ (((2 pCnt
𝑁) ∈ ℂ ∧ 1
∈ ℂ) → (((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1) = (2 pCnt 𝑁)) |
| 36 | 33, 34, 35 | sylancl 413 |
. . . . . . . 8
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1) = (2 pCnt
𝑁)) |
| 37 | 36 | eqcomd 2202 |
. . . . . . 7
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2 pCnt 𝑁) = (((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) |
| 38 | 37 | oveq2d 5938 |
. . . . . 6
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → (2↑(2 pCnt 𝑁)) = (2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) −
1))) |
| 39 | 38, 30 | oveq12d 5940 |
. . . . 5
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ((2↑(2 pCnt 𝑁)) · (𝑁 / (2↑(2 pCnt 𝑁)))) = ((2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) · ((2↑((2
pCnt 𝑁) + 1)) −
1))) |
| 40 | 25, 39 | eqtr3d 2231 |
. . . 4
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → 𝑁 = ((2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) · ((2↑((2
pCnt 𝑁) + 1)) −
1))) |
| 41 | | oveq2 5930 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → (2↑𝑝) = (2↑((2 pCnt 𝑁) + 1))) |
| 42 | 41 | oveq1d 5937 |
. . . . . . 7
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → ((2↑𝑝) − 1) = ((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1)) −
1)) |
| 43 | 42 | eleq1d 2265 |
. . . . . 6
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → (((2↑𝑝) − 1) ∈ ℙ ↔
((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1))
− 1) ∈ ℙ)) |
| 44 | | oveq1 5929 |
. . . . . . . . 9
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → (𝑝 − 1) = (((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) |
| 45 | 44 | oveq2d 5938 |
. . . . . . . 8
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → (2↑(𝑝 − 1)) = (2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) −
1))) |
| 46 | 45, 42 | oveq12d 5940 |
. . . . . . 7
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1)) = ((2↑(((2
pCnt 𝑁) + 1) − 1))
· ((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1)) − 1))) |
| 47 | 46 | eqeq2d 2208 |
. . . . . 6
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → (𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1)) ↔ 𝑁 = ((2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) ·
((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1))
− 1)))) |
| 48 | 43, 47 | anbi12d 473 |
. . . . 5
⊢ (𝑝 = ((2 pCnt 𝑁) + 1) → ((((2↑𝑝) − 1) ∈ ℙ ∧ 𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1))) ↔
(((2↑((2 pCnt 𝑁) + 1))
− 1) ∈ ℙ ∧ 𝑁 = ((2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) · ((2↑((2
pCnt 𝑁) + 1)) −
1))))) |
| 49 | 48 | rspcev 2868 |
. . . 4
⊢ ((((2
pCnt 𝑁) + 1) ∈ ℤ
∧ (((2↑((2 pCnt 𝑁)
+ 1)) − 1) ∈ ℙ ∧ 𝑁 = ((2↑(((2 pCnt 𝑁) + 1) − 1)) · ((2↑((2
pCnt 𝑁) + 1)) − 1))))
→ ∃𝑝 ∈
ℤ (((2↑𝑝)
− 1) ∈ ℙ ∧ 𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1)))) |
| 50 | 8, 32, 40, 49 | syl12anc 1247 |
. . 3
⊢ (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) ∧ (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) → ∃𝑝 ∈ ℤ (((2↑𝑝) − 1) ∈ ℙ
∧ 𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) ·
((2↑𝑝) −
1)))) |
| 51 | 50 | ex 115 |
. 2
⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) → ((1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁) → ∃𝑝 ∈ ℤ (((2↑𝑝) − 1) ∈ ℙ
∧ 𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) ·
((2↑𝑝) −
1))))) |
| 52 | | perfect1 15234 |
. . . . . 6
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (1 σ ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1))) = ((2↑𝑝) · ((2↑𝑝) − 1))) |
| 53 | | 2cn 9061 |
. . . . . . . . 9
⊢ 2 ∈
ℂ |
| 54 | | mersenne 15233 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → 𝑝
∈ ℙ) |
| 55 | | prmnn 12278 |
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈
ℕ) |
| 56 | 54, 55 | syl 14 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → 𝑝
∈ ℕ) |
| 57 | | expm1t 10659 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((2
∈ ℂ ∧ 𝑝
∈ ℕ) → (2↑𝑝) = ((2↑(𝑝 − 1)) · 2)) |
| 58 | 53, 56, 57 | sylancr 414 |
. . . . . . . 8
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (2↑𝑝) = ((2↑(𝑝 − 1)) · 2)) |
| 59 | | nnm1nn0 9290 |
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝑝 ∈ ℕ → (𝑝 − 1) ∈
ℕ0) |
| 60 | 56, 59 | syl 14 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (𝑝
− 1) ∈ ℕ0) |
| 61 | | expcl 10649 |
. . . . . . . . . 10
⊢ ((2
∈ ℂ ∧ (𝑝
− 1) ∈ ℕ0) → (2↑(𝑝 − 1)) ∈ ℂ) |
| 62 | 53, 60, 61 | sylancr 414 |
. . . . . . . . 9
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (2↑(𝑝 − 1)) ∈ ℂ) |
| 63 | | mulcom 8008 |
. . . . . . . . 9
⊢
(((2↑(𝑝 −
1)) ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → ((2↑(𝑝 − 1)) · 2) = (2 ·
(2↑(𝑝 −
1)))) |
| 64 | 62, 53, 63 | sylancl 413 |
. . . . . . . 8
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → ((2↑(𝑝 − 1)) · 2) = (2 ·
(2↑(𝑝 −
1)))) |
| 65 | 58, 64 | eqtrd 2229 |
. . . . . . 7
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (2↑𝑝) = (2 · (2↑(𝑝 − 1)))) |
| 66 | 65 | oveq1d 5937 |
. . . . . 6
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → ((2↑𝑝) · ((2↑𝑝) − 1)) = ((2 · (2↑(𝑝 − 1))) ·
((2↑𝑝) −
1))) |
| 67 | | 2cnd 9063 |
. . . . . . 7
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → 2 ∈ ℂ) |
| 68 | | prmnn 12278 |
. . . . . . . . 9
⊢
(((2↑𝑝) −
1) ∈ ℙ → ((2↑𝑝) − 1) ∈ ℕ) |
| 69 | 68 | adantl 277 |
. . . . . . . 8
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → ((2↑𝑝) − 1) ∈ ℕ) |
| 70 | 69 | nncnd 9004 |
. . . . . . 7
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → ((2↑𝑝) − 1) ∈ ℂ) |
| 71 | 67, 62, 70 | mulassd 8050 |
. . . . . 6
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → ((2 · (2↑(𝑝 − 1))) · ((2↑𝑝) − 1)) = (2 ·
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1)))) |
| 72 | 52, 66, 71 | 3eqtrd 2233 |
. . . . 5
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (1 σ ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1))) = (2 ·
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1)))) |
| 73 | | oveq2 5930 |
. . . . . 6
⊢ (𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1)) → (1 σ
𝑁) = (1 σ
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1)))) |
| 74 | | oveq2 5930 |
. . . . . 6
⊢ (𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1)) → (2 ·
𝑁) = (2 ·
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1)))) |
| 75 | 73, 74 | eqeq12d 2211 |
. . . . 5
⊢ (𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1)) → ((1 σ
𝑁) = (2 · 𝑁) ↔ (1 σ
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1))) = (2 · ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) −
1))))) |
| 76 | 72, 75 | syl5ibrcom 157 |
. . . 4
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ) → (𝑁 =
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1)) → (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁))) |
| 77 | 76 | impr 379 |
. . 3
⊢ ((𝑝 ∈ ℤ ∧
(((2↑𝑝) − 1)
∈ ℙ ∧ 𝑁 =
((2↑(𝑝 − 1))
· ((2↑𝑝)
− 1)))) → (1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁)) |
| 78 | 77 | rexlimiva 2609 |
. 2
⊢
(∃𝑝 ∈
ℤ (((2↑𝑝)
− 1) ∈ ℙ ∧ 𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) · ((2↑𝑝) − 1))) → (1 σ
𝑁) = (2 · 𝑁)) |
| 79 | 51, 78 | impbid1 142 |
1
⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 2 ∥
𝑁) → ((1 σ 𝑁) = (2 · 𝑁) ↔ ∃𝑝 ∈ ℤ (((2↑𝑝) − 1) ∈ ℙ
∧ 𝑁 = ((2↑(𝑝 − 1)) ·
((2↑𝑝) −
1))))) |