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

Theorem chtvalz 31799
Description: Value of the Chebyshev function for integers. (Contributed by Thierry Arnoux, 28-Dec-2021.)
Assertion
Ref Expression
chtvalz (𝑁 ∈ ℤ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((1...𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
Distinct variable group:   𝑛,𝑁

Proof of Theorem chtvalz
Dummy variable 𝑖 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 zre 11973 . . 3 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℝ)
2 chtval 25614 . . 3 (𝑁 ∈ ℝ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((0[,]𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
31, 2syl 17 . 2 (𝑁 ∈ ℤ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((0[,]𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
4 nnz 11992 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
5 ppisval 25608 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℝ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...(⌊‘𝑁)) ∩ ℙ))
61, 5syl 17 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...(⌊‘𝑁)) ∩ ℙ))
7 flid 13166 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℤ → (⌊‘𝑁) = 𝑁)
87oveq2d 7161 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℤ → (2...(⌊‘𝑁)) = (2...𝑁))
98ineq1d 4185 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → ((2...(⌊‘𝑁)) ∩ ℙ) = ((2...𝑁) ∩ ℙ))
106, 9eqtrd 2853 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℤ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...𝑁) ∩ ℙ))
114, 10syl 17 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((2...𝑁) ∩ ℙ))
12 2nn 11698 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
13 nnuz 12269 . . . . . . . . . . . . 13 ℕ = (ℤ‘1)
1412, 13eleqtri 2908 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ (ℤ‘1)
15 fzss1 12934 . . . . . . . . . . . 12 (2 ∈ (ℤ‘1) → (2...𝑁) ⊆ (1...𝑁))
1614, 15ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (2...𝑁) ⊆ (1...𝑁)
17 ssdif0 4320 . . . . . . . . . . 11 ((2...𝑁) ⊆ (1...𝑁) ↔ ((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) = ∅)
1816, 17mpbi 231 . . . . . . . . . 10 ((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) = ∅
1918ineq1i 4182 . . . . . . . . 9 (((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = (∅ ∩ ℙ)
20 0in 4344 . . . . . . . . 9 (∅ ∩ ℙ) = ∅
2119, 20eqtri 2841 . . . . . . . 8 (((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅
2221a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅)
2313eleq2i 2901 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ ↔ 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
24 fzpred 12943 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘1) → (1...𝑁) = ({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)))
2523, 24sylbi 218 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → (1...𝑁) = ({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)))
2625eqcomd 2824 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) = (1...𝑁))
27 1p1e2 11750 . . . . . . . . . . . . 13 (1 + 1) = 2
2827oveq1i 7155 . . . . . . . . . . . 12 ((1 + 1)...𝑁) = (2...𝑁)
2928a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 + 1)...𝑁) = (2...𝑁))
3026, 29difeq12d 4097 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = ((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)))
31 difun2 4425 . . . . . . . . . . 11 (({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = ({1} ∖ ((1 + 1)...𝑁))
32 fzpreddisj 12944 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘1) → ({1} ∩ ((1 + 1)...𝑁)) = ∅)
3323, 32sylbi 218 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → ({1} ∩ ((1 + 1)...𝑁)) = ∅)
34 disjdif2 4424 . . . . . . . . . . . 12 (({1} ∩ ((1 + 1)...𝑁)) = ∅ → ({1} ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = {1})
3533, 34syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ({1} ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = {1})
3631, 35syl5eq 2865 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (({1} ∪ ((1 + 1)...𝑁)) ∖ ((1 + 1)...𝑁)) = {1})
3730, 36eqtr3d 2855 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) = {1})
3837ineq1d 4185 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) ∩ ℙ) = ({1} ∩ ℙ))
39 incom 4175 . . . . . . . . 9 (ℙ ∩ {1}) = ({1} ∩ ℙ)
40 1nprm 16011 . . . . . . . . . 10 ¬ 1 ∈ ℙ
41 disjsn 4639 . . . . . . . . . 10 ((ℙ ∩ {1}) = ∅ ↔ ¬ 1 ∈ ℙ)
4240, 41mpbir 232 . . . . . . . . 9 (ℙ ∩ {1}) = ∅
4339, 42eqtr3i 2843 . . . . . . . 8 ({1} ∩ ℙ) = ∅
4438, 43syl6eq 2869 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅)
45 difininv 30206 . . . . . . 7 (((((2...𝑁) ∖ (1...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅ ∧ (((1...𝑁) ∖ (2...𝑁)) ∩ ℙ) = ∅) → ((2...𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
4622, 44, 45syl2anc 584 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((2...𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
4711, 46eqtrd 2853 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
4847adantl 482 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
49 znnnlt1 11997 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (¬ 𝑁 ∈ ℕ ↔ 𝑁 < 1))
5049biimpa 477 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 < 1)
51 incom 4175 . . . . . . 7 ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = (ℙ ∩ (0[,]𝑁))
52 isprm3 16015 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℙ ↔ (𝑛 ∈ (ℤ‘2) ∧ ∀𝑖 ∈ (2...(𝑛 − 1)) ¬ 𝑖𝑛))
5352simplbi 498 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℙ → 𝑛 ∈ (ℤ‘2))
5453ssriv 3968 . . . . . . . . 9 ℙ ⊆ (ℤ‘2)
5512nnzi 11994 . . . . . . . . . 10 2 ∈ ℤ
56 uzssico 30433 . . . . . . . . . 10 (2 ∈ ℤ → (ℤ‘2) ⊆ (2[,)+∞))
5755, 56ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (ℤ‘2) ⊆ (2[,)+∞)
5854, 57sstri 3973 . . . . . . . 8 ℙ ⊆ (2[,)+∞)
59 incom 4175 . . . . . . . . 9 ((0[,]𝑁) ∩ (2[,)+∞)) = ((2[,)+∞) ∩ (0[,]𝑁))
60 0xr 10676 . . . . . . . . . . . 12 0 ∈ ℝ*
6160a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 0 ∈ ℝ*)
6212nnrei 11635 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℝ
6362rexri 10687 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ ℝ*
6463a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 2 ∈ ℝ*)
65 0le0 11726 . . . . . . . . . . . 12 0 ≤ 0
6665a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 0 ≤ 0)
671adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 ∈ ℝ)
68 1red 10630 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 1 ∈ ℝ)
6962a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 2 ∈ ℝ)
70 simpr 485 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 < 1)
71 1lt2 11796 . . . . . . . . . . . . 13 1 < 2
7271a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 1 < 2)
7367, 68, 69, 70, 72lttrd 10789 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 < 2)
74 iccssico 12796 . . . . . . . . . . 11 (((0 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ*) ∧ (0 ≤ 0 ∧ 𝑁 < 2)) → (0[,]𝑁) ⊆ (0[,)2))
7561, 64, 66, 73, 74syl22anc 834 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → (0[,]𝑁) ⊆ (0[,)2))
76 pnfxr 10683 . . . . . . . . . . 11 +∞ ∈ ℝ*
77 icodisj 12850 . . . . . . . . . . 11 ((0 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) → ((0[,)2) ∩ (2[,)+∞)) = ∅)
7860, 63, 76, 77mp3an 1452 . . . . . . . . . 10 ((0[,)2) ∩ (2[,)+∞)) = ∅
79 ssdisj 4405 . . . . . . . . . 10 (((0[,]𝑁) ⊆ (0[,)2) ∧ ((0[,)2) ∩ (2[,)+∞)) = ∅) → ((0[,]𝑁) ∩ (2[,)+∞)) = ∅)
8075, 78, 79sylancl 586 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((0[,]𝑁) ∩ (2[,)+∞)) = ∅)
8159, 80syl5eqr 2867 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((2[,)+∞) ∩ (0[,]𝑁)) = ∅)
82 ssdisj 4405 . . . . . . . 8 ((ℙ ⊆ (2[,)+∞) ∧ ((2[,)+∞) ∩ (0[,]𝑁)) = ∅) → (ℙ ∩ (0[,]𝑁)) = ∅)
8358, 81, 82sylancr 587 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → (ℙ ∩ (0[,]𝑁)) = ∅)
8451, 83syl5eq 2865 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ∅)
85 1zzd 12001 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 1 ∈ ℤ)
86 simpl 483 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → 𝑁 ∈ ℤ)
87 fzn 12911 . . . . . . . . . 10 ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑁 < 1 ↔ (1...𝑁) = ∅))
8887biimpa 477 . . . . . . . . 9 (((1 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝑁 < 1) → (1...𝑁) = ∅)
8985, 86, 70, 88syl21anc 833 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → (1...𝑁) = ∅)
9089ineq1d 4185 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((1...𝑁) ∩ ℙ) = (∅ ∩ ℙ))
9190, 20syl6eq 2869 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((1...𝑁) ∩ ℙ) = ∅)
9284, 91eqtr4d 2856 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 < 1) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
9350, 92syldan 591 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑁 ∈ ℕ) → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
94 exmidd 889 . . . 4 (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℕ ∨ ¬ 𝑁 ∈ ℕ))
9548, 93, 94mpjaodan 952 . . 3 (𝑁 ∈ ℤ → ((0[,]𝑁) ∩ ℙ) = ((1...𝑁) ∩ ℙ))
9695sumeq1d 15046 . 2 (𝑁 ∈ ℤ → Σ𝑛 ∈ ((0[,]𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛) = Σ𝑛 ∈ ((1...𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
973, 96eqtrd 2853 1 (𝑁 ∈ ℤ → (θ‘𝑁) = Σ𝑛 ∈ ((1...𝑁) ∩ ℙ)(log‘𝑛))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 396   = wceq 1528  wcel 2105  wral 3135  cdif 3930  cun 3931  cin 3932  wss 3933  c0 4288  {csn 4557   class class class wbr 5057  cfv 6348  (class class class)co 7145  cr 10524  0cc0 10525  1c1 10526   + caddc 10528  +∞cpnf 10660  *cxr 10662   < clt 10663  cle 10664  cmin 10858  cn 11626  2c2 11680  cz 11969  cuz 12231  [,)cico 12728  [,]cicc 12729  ...cfz 12880  cfl 13148  Σcsu 15030  cdvds 15595  cprime 16003  logclog 25065  θccht 25595
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1787  ax-4 1801  ax-5 1902  ax-6 1961  ax-7 2006  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2151  ax-12 2167  ax-ext 2790  ax-sep 5194  ax-nul 5201  ax-pow 5257  ax-pr 5320  ax-un 7450  ax-cnex 10581  ax-resscn 10582  ax-1cn 10583  ax-icn 10584  ax-addcl 10585  ax-addrcl 10586  ax-mulcl 10587  ax-mulrcl 10588  ax-mulcom 10589  ax-addass 10590  ax-mulass 10591  ax-distr 10592  ax-i2m1 10593  ax-1ne0 10594  ax-1rid 10595  ax-rnegex 10596  ax-rrecex 10597  ax-cnre 10598  ax-pre-lttri 10599  ax-pre-lttrn 10600  ax-pre-ltadd 10601  ax-pre-mulgt0 10602  ax-pre-sup 10603
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 842  df-3or 1080  df-3an 1081  df-tru 1531  df-ex 1772  df-nf 1776  df-sb 2061  df-mo 2615  df-eu 2647  df-clab 2797  df-cleq 2811  df-clel 2890  df-nfc 2960  df-ne 3014  df-nel 3121  df-ral 3140  df-rex 3141  df-reu 3142  df-rmo 3143  df-rab 3144  df-v 3494  df-sbc 3770  df-csb 3881  df-dif 3936  df-un 3938  df-in 3940  df-ss 3949  df-pss 3951  df-nul 4289  df-if 4464  df-pw 4537  df-sn 4558  df-pr 4560  df-tp 4562  df-op 4564  df-uni 4831  df-iun 4912  df-br 5058  df-opab 5120  df-mpt 5138  df-tr 5164  df-id 5453  df-eprel 5458  df-po 5467  df-so 5468  df-fr 5507  df-we 5509  df-xp 5554  df-rel 5555  df-cnv 5556  df-co 5557  df-dm 5558  df-rn 5559  df-res 5560  df-ima 5561  df-pred 6141  df-ord 6187  df-on 6188  df-lim 6189  df-suc 6190  df-iota 6307  df-fun 6350  df-fn 6351  df-f 6352  df-f1 6353  df-fo 6354  df-f1o 6355  df-fv 6356  df-riota 7103  df-ov 7148  df-oprab 7149  df-mpo 7150  df-om 7570  df-1st 7678  df-2nd 7679  df-wrecs 7936  df-recs 7997  df-rdg 8035  df-1o 8091  df-2o 8092  df-er 8278  df-en 8498  df-dom 8499  df-sdom 8500  df-fin 8501  df-sup 8894  df-inf 8895  df-pnf 10665  df-mnf 10666  df-xr 10667  df-ltxr 10668  df-le 10669  df-sub 10860  df-neg 10861  df-div 11286  df-nn 11627  df-2 11688  df-3 11689  df-n0 11886  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-ico 12732  df-icc 12733  df-fz 12881  df-fl 13150  df-seq 13358  df-exp 13418  df-cj 14446  df-re 14447  df-im 14448  df-sqrt 14582  df-abs 14583  df-sum 15031  df-dvds 15596  df-prm 16004  df-cht 25601
This theorem is referenced by:  hgt750lemd  31818
  Copyright terms: Public domain W3C validator