Theorem 2pwp1prmfmtno 48053

Description: Every prime number of the form ((2↑𝑘) + 1) must be a Fermat number. (Contributed by AV, 7-Aug-2021.)

Assertion

Ref	Expression
2pwp1prmfmtno	⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝑃 = (FermatNo‘𝑛))

Distinct variable groups:   𝑛,𝐾   𝑃,𝑛

Proof of Theorem 2pwp1prmfmtno

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simp1 1137	. . 3 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → 𝐾 ∈ ℕ)
2		eleq1 2824	. . . . 5 ⊢ (𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) → (𝑃 ∈ ℙ ↔ ((2↑𝐾) + 1) ∈ ℙ))
3	2	biimpa 476	. . . 4 ⊢ ((𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → ((2↑𝐾) + 1) ∈ ℙ)
4	3	3adant1 1131	. . 3 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → ((2↑𝐾) + 1) ∈ ℙ)
5		2pwp1prm 48052	. . 3 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ ((2↑𝐾) + 1) ∈ ℙ) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝐾 = (2↑𝑛))
6	1, 4, 5	syl2anc 585	. 2 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝐾 = (2↑𝑛))
7		simpl 482	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝐾 = (2↑𝑛)) → 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1))
8		oveq2 7375	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐾 = (2↑𝑛) → (2↑𝐾) = (2↑(2↑𝑛)))
9	8	oveq1d 7382	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐾 = (2↑𝑛) → ((2↑𝐾) + 1) = ((2↑(2↑𝑛)) + 1))
10	9	adantl 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝐾 = (2↑𝑛)) → ((2↑𝐾) + 1) = ((2↑(2↑𝑛)) + 1))
11	7, 10	eqtrd 2771	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝐾 = (2↑𝑛)) → 𝑃 = ((2↑(2↑𝑛)) + 1))
12		fmtno 47992	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (FermatNo‘𝑛) = ((2↑(2↑𝑛)) + 1))
13	12	eqcomd 2742	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((2↑(2↑𝑛)) + 1) = (FermatNo‘𝑛))
14	11, 13	sylan9eqr 2793	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝐾 = (2↑𝑛))) → 𝑃 = (FermatNo‘𝑛))
15	14	exp32 420	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) → (𝐾 = (2↑𝑛) → 𝑃 = (FermatNo‘𝑛))))
16	15	com12 32	. . . . 5 ⊢ (𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) → (𝑛 ∈ ℕ0 → (𝐾 = (2↑𝑛) → 𝑃 = (FermatNo‘𝑛))))
17	16	3ad2ant2 1135	. . . 4 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (𝑛 ∈ ℕ0 → (𝐾 = (2↑𝑛) → 𝑃 = (FermatNo‘𝑛))))
18	17	imp 406	. . 3 ⊢ (((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐾 = (2↑𝑛) → 𝑃 = (FermatNo‘𝑛)))
19	18	reximdva 3150	. 2 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (∃𝑛 ∈ ℕ0 𝐾 = (2↑𝑛) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝑃 = (FermatNo‘𝑛)))
20	6, 19	mpd 15	1 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑃 = ((2↑𝐾) + 1) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝑃 = (FermatNo‘𝑛))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∃wrex 3061  ‘cfv 6498  (class class class)co 7367  1c1 11039   + caddc 11041  ℕcn 12174  2c2 12236  ℕ₀cn0 12437  ↑cexp 14023  ℙcprime 16640  FermatNocfmtno 47990

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-inf2 9562  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-se 5585  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-isom 6507  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-2o 8406  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-sup 9355  df-inf 9356  df-oi 9425  df-card 9863  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-n0 12438  df-z 12525  df-uz 12789  df-q 12899  df-rp 12943  df-fz 13462  df-fzo 13609  df-fl 13751  df-mod 13829  df-seq 13964  df-exp 14024  df-hash 14293  df-cj 15061  df-re 15062  df-im 15063  df-sqrt 15197  df-abs 15198  df-clim 15450  df-sum 15649  df-dvds 16222  df-gcd 16464  df-prm 16641  df-pc 16808  df-fmtno 47991

This theorem is referenced by: (None)