Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  aks4d1p8d2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem aks4d1p8d2 42880
Description: Any prime power dividing a positive integer is less than that integer if that integer has another prime factor. (Contributed by metakunt, 13-Nov-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
aks4d1p8d2.1 (𝜑𝑅 ∈ ℕ)
aks4d1p8d2.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
aks4d1p8d2.3 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
aks4d1p8d2.4 (𝜑𝑄 ∈ ℙ)
aks4d1p8d2.5 (𝜑𝑃𝑅)
aks4d1p8d2.6 (𝜑𝑄𝑅)
aks4d1p8d2.7 (𝜑 → ¬ 𝑃𝑁)
aks4d1p8d2.8 (𝜑𝑄𝑁)
Assertion
Ref Expression
aks4d1p8d2 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) < 𝑅)

Proof of Theorem aks4d1p8d2
Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 aks4d1p8d2.3 . . . . 5 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
2 prmnn 16736 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
31, 2syl 18 . . . 4 (𝜑𝑃 ∈ ℕ)
43nnred 12252 . . 3 (𝜑𝑃 ∈ ℝ)
5 aks4d1p8d2.1 . . . 4 (𝜑𝑅 ∈ ℕ)
61, 5pccld 16914 . . 3 (𝜑 → (𝑃 pCnt 𝑅) ∈ ℕ0)
74, 6reexpcld 14204 . 2 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℝ)
8 aks4d1p8d2.4 . . . . 5 (𝜑𝑄 ∈ ℙ)
9 prmnn 16736 . . . . 5 (𝑄 ∈ ℙ → 𝑄 ∈ ℕ)
108, 9syl 18 . . . 4 (𝜑𝑄 ∈ ℕ)
1110nnred 12252 . . 3 (𝜑𝑄 ∈ ℝ)
127, 11remulcld 11243 . 2 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ∈ ℝ)
135nnred 12252 . 2 (𝜑𝑅 ∈ ℝ)
147recnd 11241 . . . 4 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℂ)
1514mulridd 11230 . . 3 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 1) = (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))
16 1red 11213 . . . 4 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
173nnrpd 13062 . . . . 5 (𝜑𝑃 ∈ ℝ+)
186nn0zd 12620 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃 pCnt 𝑅) ∈ ℤ)
1917, 18rpexpcld 14288 . . . 4 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℝ+)
20 prmgt1 16760 . . . . 5 (𝑄 ∈ ℙ → 1 < 𝑄)
218, 20syl 18 . . . 4 (𝜑 → 1 < 𝑄)
2216, 11, 19, 21ltmul2dd 13120 . . 3 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 1) < ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄))
2315, 22eqbrtrrd 5135 . 2 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) < ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄))
243nnzd 12621 . . . . 5 (𝜑𝑃 ∈ ℤ)
2524, 6zexpcld 14128 . . . 4 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℤ)
2610nnzd 12621 . . . 4 (𝜑𝑄 ∈ ℤ)
275nnzd 12621 . . . 4 (𝜑𝑅 ∈ ℤ)
2825, 26gcdcomd 16576 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) gcd 𝑄) = (𝑄 gcd (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
29 0lt1 11740 . . . . . . . . . . . . . 14 0 < 1
3029a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → 0 < 1)
31 0red 11215 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
3231, 16ltnled 11361 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (0 < 1 ↔ ¬ 1 ≤ 0))
3330, 32mpbid 235 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ¬ 1 ≤ 0)
3411recnd 11241 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝑄 ∈ ℂ)
3534exp1d 14182 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (𝑄↑1) = 𝑄)
3635eqcomd 2769 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑄 = (𝑄↑1))
3736oveq2d 7426 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑄 pCnt 𝑄) = (𝑄 pCnt (𝑄↑1)))
38 1zzd 12629 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
39 pcid 16937 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑄 ∈ ℙ ∧ 1 ∈ ℤ) → (𝑄 pCnt (𝑄↑1)) = 1)
408, 38, 39syl2anc 595 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑄 pCnt (𝑄↑1)) = 1)
4137, 40eqtrd 2798 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑄 pCnt 𝑄) = 1)
42 aks4d1p8d2.8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝜑𝑄𝑁)
4342adantr 485 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑃 = 𝑄) → 𝑄𝑁)
44 breq1 5112 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑃 = 𝑄 → (𝑃𝑁𝑄𝑁))
4544adantl 486 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝜑𝑃 = 𝑄) → (𝑃𝑁𝑄𝑁))
4645bicomd 226 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑𝑃 = 𝑄) → (𝑄𝑁𝑃𝑁))
4746biimpd 232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑃 = 𝑄) → (𝑄𝑁𝑃𝑁))
4843, 47mpd 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑃 = 𝑄) → 𝑃𝑁)
49 aks4d1p8d2.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑 → ¬ 𝑃𝑁)
5049adantr 485 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑃 = 𝑄) → ¬ 𝑃𝑁)
5148, 50pm2.65da 828 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → ¬ 𝑃 = 𝑄)
5251neqcomd 2773 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → ¬ 𝑄 = 𝑃)
53 aks4d1p8d2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑𝑃𝑅)
54 pcelnn 16934 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑅 ∈ ℕ) → ((𝑃 pCnt 𝑅) ∈ ℕ ↔ 𝑃𝑅))
551, 5, 54syl2anc 595 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑 → ((𝑃 pCnt 𝑅) ∈ ℕ ↔ 𝑃𝑅))
5653, 55mpbird 260 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑 → (𝑃 pCnt 𝑅) ∈ ℕ)
57 prmdvdsexpb 16779 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑄 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 pCnt 𝑅) ∈ ℕ) → (𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ 𝑄 = 𝑃))
588, 1, 56, 57syl3anc 1398 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ 𝑄 = 𝑃))
5958notbid 321 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ ¬ 𝑄 = 𝑃))
6052, 59mpbird 260 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))
613, 6nnexpcld 14286 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℕ)
62 pceq0 16935 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑄 ∈ ℙ ∧ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℕ) → ((𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = 0 ↔ ¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
638, 61, 62syl2anc 595 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = 0 ↔ ¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
6460, 63mpbird 260 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = 0)
6541, 64breq12d 5122 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ((𝑄 pCnt 𝑄) ≤ (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) ↔ 1 ≤ 0))
6665notbid 321 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (¬ (𝑄 pCnt 𝑄) ≤ (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) ↔ ¬ 1 ≤ 0))
6733, 66mpbird 260 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ¬ (𝑄 pCnt 𝑄) ≤ (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
6867adantr 485 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → ¬ (𝑄 pCnt 𝑄) ≤ (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
69 simpr 489 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → 𝑝 = 𝑄)
7069oveq1d 7425 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → (𝑝 pCnt 𝑄) = (𝑄 pCnt 𝑄))
7169oveq1d 7425 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
7270, 71breq12d 5122 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → ((𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) ↔ (𝑄 pCnt 𝑄) ≤ (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))))
7372notbid 321 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → (¬ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) ↔ ¬ (𝑄 pCnt 𝑄) ≤ (𝑄 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))))
7468, 73mpbird 260 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝 = 𝑄) → ¬ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
7574, 8rspcime 3586 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∃𝑝 ∈ ℙ ¬ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
76 rexnal 3117 . . . . . . . . 9 (∃𝑝 ∈ ℙ ¬ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) ↔ ¬ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
7776a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℙ ¬ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) ↔ ¬ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))))
7875, 77mpbid 235 . . . . . . 7 (𝜑 → ¬ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))))
79 pc2dvds 16943 . . . . . . . . 9 ((𝑄 ∈ ℤ ∧ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℤ) → (𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))))
8026, 25, 79syl2anc 595 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))))
8180notbid 321 . . . . . . 7 (𝜑 → (¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ ¬ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝑄) ≤ (𝑝 pCnt (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))))
8278, 81mpbird 260 . . . . . 6 (𝜑 → ¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)))
83 coprm 16774 . . . . . . 7 ((𝑄 ∈ ℙ ∧ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∈ ℤ) → (¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ (𝑄 gcd (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = 1))
848, 25, 83syl2anc 595 . . . . . 6 (𝜑 → (¬ 𝑄 ∥ (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ↔ (𝑄 gcd (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = 1))
8582, 84mpbid 235 . . . . 5 (𝜑 → (𝑄 gcd (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅))) = 1)
8628, 85eqtrd 2798 . . . 4 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) gcd 𝑄) = 1)
87 pcdvds 16928 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑅 ∈ ℕ) → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∥ 𝑅)
881, 5, 87syl2anc 595 . . . 4 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) ∥ 𝑅)
89 aks4d1p8d2.6 . . . 4 (𝜑𝑄𝑅)
9025, 26, 27, 86, 88, 89coprmdvds2d 42796 . . 3 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ∥ 𝑅)
9125, 26zmulcld 12710 . . . 4 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ∈ ℤ)
92 dvdsle 16372 . . . 4 ((((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ∈ ℤ ∧ 𝑅 ∈ ℕ) → (((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ∥ 𝑅 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ≤ 𝑅))
9391, 5, 92syl2anc 595 . . 3 (𝜑 → (((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ∥ 𝑅 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ≤ 𝑅))
9490, 93mpd 16 . 2 (𝜑 → ((𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) · 𝑄) ≤ 𝑅)
957, 12, 13, 23, 94ltletrd 11374 1 (𝜑 → (𝑃↑(𝑃 pCnt 𝑅)) < 𝑅)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3  wi 4  wb 209  wa 400   = wceq 1570  wcel 2143  wral 3079  wrex 3089   class class class wbr 5109  (class class class)co 7410  0cc0 11104  1c1 11105   · cmul 11109   < clt 11247  cle 11248  cn 12237  cz 12595  cexp 14102  cdvds 16314   gcd cgcd 16556  cprime 16733   pCnt cpc 16900
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11160  ax-resscn 11161  ax-1cn 11162  ax-icn 11163  ax-addcl 11164  ax-addrcl 11165  ax-mulcl 11166  ax-mulrcl 11167  ax-mulcom 11168  ax-addass 11169  ax-mulass 11170  ax-distr 11171  ax-i2m1 11172  ax-1ne0 11173  ax-1rid 11174  ax-rnegex 11175  ax-rrecex 11176  ax-cnre 11177  ax-pre-lttri 11178  ax-pre-lttrn 11179  ax-pre-ltadd 11180  ax-pre-mulgt0 11181  ax-pre-sup 11182
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-er 8690  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-sup 9398  df-inf 9399  df-pnf 11249  df-mnf 11250  df-xr 11251  df-ltxr 11252  df-le 11253  df-sub 11447  df-neg 11448  df-div 11876  df-nn 12238  df-2 12307  df-3 12308  df-n0 12509  df-z 12596  df-uz 12867  df-q 12977  df-rp 13021  df-fz 13540  df-fl 13830  df-mod 13908  df-seq 14043  df-exp 14103  df-cj 15155  df-re 15156  df-im 15157  df-sqrt 15291  df-abs 15292  df-dvds 16315  df-gcd 16557  df-prm 16734  df-pc 16901
This theorem is used by:  aks4d1p8  42882
  Copyright terms: Public domain W3C validator