Theorem ex-ind-dvds 30313

Description: Example of a proof by induction (divisibility result). (Contributed by Stanislas Polu, 9-Mar-2020.) (Revised by BJ, 24-Mar-2020.)

Assertion

Ref	Expression
ex-ind-dvds	⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → 3 ∥ ((4↑𝑁) + 2))

Proof of Theorem ex-ind-dvds

Dummy variables 𝑘 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq2 7423	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 0 → (4↑𝑘) = (4↑0))
2	1	oveq1d 7430	. . 3 ⊢ (𝑘 = 0 → ((4↑𝑘) + 2) = ((4↑0) + 2))
3	2	breq2d 5155	. 2 ⊢ (𝑘 = 0 → (3 ∥ ((4↑𝑘) + 2) ↔ 3 ∥ ((4↑0) + 2)))
4		oveq2 7423	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (4↑𝑘) = (4↑𝑛))
5	4	oveq1d 7430	. . 3 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → ((4↑𝑘) + 2) = ((4↑𝑛) + 2))
6	5	breq2d 5155	. 2 ⊢ (𝑘 = 𝑛 → (3 ∥ ((4↑𝑘) + 2) ↔ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)))
7		oveq2 7423	. . . 4 ⊢ (𝑘 = (𝑛 + 1) → (4↑𝑘) = (4↑(𝑛 + 1)))
8	7	oveq1d 7430	. . 3 ⊢ (𝑘 = (𝑛 + 1) → ((4↑𝑘) + 2) = ((4↑(𝑛 + 1)) + 2))
9	8	breq2d 5155	. 2 ⊢ (𝑘 = (𝑛 + 1) → (3 ∥ ((4↑𝑘) + 2) ↔ 3 ∥ ((4↑(𝑛 + 1)) + 2)))
10		oveq2 7423	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝑁 → (4↑𝑘) = (4↑𝑁))
11	10	oveq1d 7430	. . 3 ⊢ (𝑘 = 𝑁 → ((4↑𝑘) + 2) = ((4↑𝑁) + 2))
12	11	breq2d 5155	. 2 ⊢ (𝑘 = 𝑁 → (3 ∥ ((4↑𝑘) + 2) ↔ 3 ∥ ((4↑𝑁) + 2)))
13		3z 12623	. . . 4 ⊢ 3 ∈ ℤ
14		iddvds 16244	. . . 4 ⊢ (3 ∈ ℤ → 3 ∥ 3)
15	13, 14	ax-mp 5	. . 3 ⊢ 3 ∥ 3
16		4nn0 12519	. . . . . 6 ⊢ 4 ∈ ℕ0
17	16	numexp0 17042	. . . . 5 ⊢ (4↑0) = 1
18	17	oveq1i 7425	. . . 4 ⊢ ((4↑0) + 2) = (1 + 2)
19		1p2e3 12383	. . . 4 ⊢ (1 + 2) = 3
20	18, 19	eqtri 2753	. . 3 ⊢ ((4↑0) + 2) = 3
21	15, 20	breqtrri 5170	. 2 ⊢ 3 ∥ ((4↑0) + 2)
22	13	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 3 ∈ ℤ)
23	16	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 4 ∈ ℕ0)
24		simpl 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 𝑛 ∈ ℕ0)
25	23, 24	nn0expcld 14238	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → (4↑𝑛) ∈ ℕ0)
26	25	nn0zd 12612	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → (4↑𝑛) ∈ ℤ)
27		2z 12622	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℤ
28	27	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 2 ∈ ℤ)
29	26, 28	zaddcld 12698	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → ((4↑𝑛) + 2) ∈ ℤ)
30		4z 12624	. . . . . . 7 ⊢ 4 ∈ ℤ
31	30	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 4 ∈ ℤ)
32	29, 31	zmulcld 12700	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → (((4↑𝑛) + 2) · 4) ∈ ℤ)
33	22, 28	zmulcld 12700	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → (3 · 2) ∈ ℤ)
34	16	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 4 ∈ ℕ0)
35		id 22	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 𝑛 ∈ ℕ0)
36	34, 35	nn0expcld 14238	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (4↑𝑛) ∈ ℕ0)
37	36	nn0zd 12612	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (4↑𝑛) ∈ ℤ)
38	37	adantr 479	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → (4↑𝑛) ∈ ℤ)
39	38, 28	zaddcld 12698	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → ((4↑𝑛) + 2) ∈ ℤ)
40		simpr 483	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2))
41	22, 39, 31, 40	dvdsmultr1d 16271	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 3 ∥ (((4↑𝑛) + 2) · 4))
42		dvdsmul1 16252	. . . . . . 7 ⊢ ((3 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ) → 3 ∥ (3 · 2))
43	13, 27, 42	mp2an 690	. . . . . 6 ⊢ 3 ∥ (3 · 2)
44	43	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 3 ∥ (3 · 2))
45	22, 32, 33, 41, 44	dvds2subd 16267	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 3 ∥ ((((4↑𝑛) + 2) · 4) − (3 · 2)))
46	36	nn0cnd 12562	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (4↑𝑛) ∈ ℂ)
47		2cnd 12318	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℂ)
48		4cn 12325	. . . . . . . . 9 ⊢ 4 ∈ ℂ
49	48	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 4 ∈ ℂ)
50	46, 47, 49	adddird 11267	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (((4↑𝑛) + 2) · 4) = (((4↑𝑛) · 4) + (2 · 4)))
51	50	oveq1d 7430	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((((4↑𝑛) + 2) · 4) − (2 · 3)) = ((((4↑𝑛) · 4) + (2 · 4)) − (2 · 3)))
52		3cn 12321	. . . . . . . . 9 ⊢ 3 ∈ ℂ
53		2cn 12315	. . . . . . . . 9 ⊢ 2 ∈ ℂ
54	52, 53	mulcomi 11250	. . . . . . . 8 ⊢ (3 · 2) = (2 · 3)
55	54	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (3 · 2) = (2 · 3))
56	55	oveq2d 7431	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((((4↑𝑛) + 2) · 4) − (3 · 2)) = ((((4↑𝑛) + 2) · 4) − (2 · 3)))
57	49, 35	expp1d 14141	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (4↑(𝑛 + 1)) = ((4↑𝑛) · 4))
58		ax-1cn 11194	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1 ∈ ℂ
59		3p1e4 12385	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (3 + 1) = 4
60	52, 58, 59	addcomli 11434	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (1 + 3) = 4
61	60	eqcomi 2734	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 4 = (1 + 3)
62	58, 52, 61	mvrraddi 11505	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (4 − 3) = 1
63	62	oveq2i 7426	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · (4 − 3)) = (2 · 1)
64	53, 48, 52	subdii 11691	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · (4 − 3)) = ((2 · 4) − (2 · 3))
65		2t1e2 12403	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · 1) = 2
66	63, 64, 65	3eqtr3ri 2762	. . . . . . . . 9 ⊢ 2 = ((2 · 4) − (2 · 3))
67	66	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 2 = ((2 · 4) − (2 · 3)))
68	57, 67	oveq12d 7433	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((4↑(𝑛 + 1)) + 2) = (((4↑𝑛) · 4) + ((2 · 4) − (2 · 3))))
69	46, 49	mulcld 11262	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((4↑𝑛) · 4) ∈ ℂ)
70	47, 49	mulcld 11262	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (2 · 4) ∈ ℂ)
71	52	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → 3 ∈ ℂ)
72	47, 71	mulcld 11262	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (2 · 3) ∈ ℂ)
73	69, 70, 72	addsubassd 11619	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((((4↑𝑛) · 4) + (2 · 4)) − (2 · 3)) = (((4↑𝑛) · 4) + ((2 · 4) − (2 · 3))))
74	68, 73	eqtr4d 2768	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((4↑(𝑛 + 1)) + 2) = ((((4↑𝑛) · 4) + (2 · 4)) − (2 · 3)))
75	51, 56, 74	3eqtr4rd 2776	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((4↑(𝑛 + 1)) + 2) = ((((4↑𝑛) + 2) · 4) − (3 · 2)))
76	75	adantr 479	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → ((4↑(𝑛 + 1)) + 2) = ((((4↑𝑛) + 2) · 4) − (3 · 2)))
77	45, 76	breqtrrd 5171	. . 3 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∥ ((4↑𝑛) + 2)) → 3 ∥ ((4↑(𝑛 + 1)) + 2))
78	77	ex 411	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (3 ∥ ((4↑𝑛) + 2) → 3 ∥ ((4↑(𝑛 + 1)) + 2)))
79	3, 6, 9, 12, 21, 78	nn0ind 12685	1 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → 3 ∥ ((4↑𝑁) + 2))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 394   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   class class class wbr 5143  (class class class)co 7415  ℂcc 11134  0cc0 11136  1c1 11137   + caddc 11139   · cmul 11141   − cmin 11472  2c2 12295  3c3 12296  4c4 12297  ℕ₀cn0 12500  ℤcz 12586  ↑cexp 14056   ∥ cdvds 16228

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2166  ax-ext 2696  ax-sep 5294  ax-nul 5301  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7737  ax-cnex 11192  ax-resscn 11193  ax-1cn 11194  ax-icn 11195  ax-addcl 11196  ax-addrcl 11197  ax-mulcl 11198  ax-mulrcl 11199  ax-mulcom 11200  ax-addass 11201  ax-mulass 11202  ax-distr 11203  ax-i2m1 11204  ax-1ne0 11205  ax-1rid 11206  ax-rnegex 11207  ax-rrecex 11208  ax-cnre 11209  ax-pre-lttri 11210  ax-pre-lttrn 11211  ax-pre-ltadd 11212  ax-pre-mulgt0 11213

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2931  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-reu 3365  df-rab 3420  df-v 3465  df-sbc 3770  df-csb 3886  df-dif 3943  df-un 3945  df-in 3947  df-ss 3957  df-pss 3960  df-nul 4319  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-op 4631  df-uni 4904  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5227  df-tr 5261  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7371  df-ov 7418  df-oprab 7419  df-mpo 7420  df-om 7868  df-2nd 7990  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8388  df-rdg 8427  df-er 8721  df-en 8961  df-dom 8962  df-sdom 8963  df-pnf 11278  df-mnf 11279  df-xr 11280  df-ltxr 11281  df-le 11282  df-sub 11474  df-neg 11475  df-nn 12241  df-2 12303  df-3 12304  df-4 12305  df-n0 12501  df-z 12587  df-uz 12851  df-seq 13997  df-exp 14057  df-dvds 16229

This theorem is referenced by: (None)