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

Theorem fltnlta 43878
Description: In a Fermat counterexample, the exponent 𝑁 is less than all three numbers (𝐴, 𝐵, and 𝐶). Note that 𝐴 < 𝐵 (hypothesis) and 𝐵 < 𝐶 (fltltc 43876). See https://youtu.be/EymVXkPWxyc 43876 for an outline. (Contributed by SN, 24-Aug-2023.)
Hypotheses
Ref Expression
fltltc.a (𝜑 → 𝐴 ∈ ℕ)
fltltc.b (𝜑 → 𝐵 ∈ ℕ)
fltltc.c (𝜑 → 𝐶 ∈ ℕ)
fltltc.n (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))
fltltc.1 (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) + (𝐵↑𝑁)) = (𝐶↑𝑁))
fltnlta.1 (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
Assertion
Ref Expression
fltnlta (𝜑 → 𝑁 < 𝐴)

Proof of Theorem fltnlta
StepHypRef Expression
1 fltltc.n . . . 4 (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))
2 eluz3nn 13046 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → 𝑁 ∈ ℕ)
31, 2syl 18 . . 3 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
43nnred 12380 . 2 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
5 fltltc.c . . . . . 6 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℕ)
65nnred 12380 . . . . 5 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
7 fltltc.b . . . . . 6 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℕ)
87nnred 12380 . . . . 5 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
96, 8resubcld 11774 . . . 4 (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ)
10 uzuzle23 13041 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘2))
11 uz2m1nn 13080 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
121, 10, 113syl 19 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
1312nnnn0d 12697 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ0)
146, 13reexpcld 14336 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
1512nnred 12380 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℝ)
168, 13reexpcld 14336 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
1715, 16remulcld 11369 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
1814, 17readdcld 11368 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
199, 18remulcld 11369 . . 3 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
20 fltltc.a . . . . 5 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℕ)
2120nnrpd 13192 . . . 4 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
2212nnzd 12749 . . . 4 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℤ)
2321, 22rpexpcld 14421 . . 3 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ+)
2419, 23rerpdivcld 13225 . 2 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
2520nnred 12380 . 2 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
2616, 17readdcld 11368 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
279, 26remulcld 11369 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
2827, 23rerpdivcld 13225 . . 3 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
299, 4remulcld 11369 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) ∈ ℝ)
30 1cnd 11332 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
3112nncnd 12381 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
3216recnd 11367 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
3330, 31, 32adddird 11364 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
343nncnd 12381 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
3530, 34pncan3d 11702 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1 + (𝑁 − 1)) = 𝑁)
3635oveq1d 7461 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
3732mullidd 11357 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝐵↑(𝑁 − 1)))
3837oveq1d 7461 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
3933, 36, 383eqtr3rd 2807 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
4039oveq2d 7462 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) = ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
4140oveq1d 7461 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
4241, 28eqeltrrd 2865 . . . . 5 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
433nnnn0d 12697 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
4443nn0ge0d 12700 . . . . . 6 (𝜑 → 0 ≤ 𝑁)
45 1red 11339 . . . . . . 7 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
46 fltltc.1 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) + (𝐵↑𝑁)) = (𝐶↑𝑁))
4720, 7, 5, 1, 46fltltc 43876 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐵 < 𝐶)
48 nnltp1le 12785 . . . . . . . . 9 ((𝐵 ∈ ℕ ∧ 𝐶 ∈ ℕ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
497, 5, 48syl2anc 596 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
5047, 49mpbid 235 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵 + 1) ≤ 𝐶)
518leidd 11912 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐵 ≤ 𝐵)
526, 8, 45, 8, 50, 51lesub3d 11964 . . . . . 6 (𝜑 → 1 ≤ (𝐶 − 𝐵))
534, 9, 44, 52lemulge12d 12285 . . . . 5 (𝜑 → 𝑁 ≤ ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
549recnd 11367 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℂ)
5523rpred 13194 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
5655recnd 11367 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
5754, 34, 56mulassd 11362 . . . . . . . 8 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))))
5857oveq1d 7461 . . . . . . 7 (𝜑 → ((((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
5954, 34mulcld 11359 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) ∈ ℂ)
6020nncnd 12381 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
6120nnne0d 12418 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
6260, 61, 22expne0d 14325 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ≠ 0)
6359, 56, 62divcan4d 12129 . . . . . . 7 (𝜑 → ((((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
6458, 63eqtr3d 2800 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
654, 55remulcld 11369 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
669, 65remulcld 11369 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
6740, 27eqeltrrd 2865 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
6839, 26eqeltrrd 2865 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
69 difrp 13190 . . . . . . . . . 10 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ+))
708, 6, 69syl2anc 596 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ+))
7147, 70mpbid 235 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ+)
723nnrpd 13192 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ+)
737nnrpd 13192 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
74 fltnlta.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
7521, 73, 12, 74ltexp1dd 14434 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) < (𝐵↑(𝑁 − 1)))
7655, 16, 72, 75ltmul2dd 13250 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
7765, 68, 71, 76ltmul2dd 13250 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
7866, 67, 23, 77ltdiv1dd 13251 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
7964, 78eqbrtrrd 5133 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
804, 29, 42, 53, 79lelttrd 11498 . . . 4 (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
8180, 41breqtrrd 5137 . . 3 (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
825nnrpd 13192 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)
8373, 82, 12, 47ltexp1dd 14434 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) < (𝐶↑(𝑁 − 1)))
8416, 14, 17, 83ltadd1dd 11957 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
8526, 18, 71, 84ltmul2dd 13250 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))))
8627, 19, 23, 85ltdiv1dd 13251 . . 3 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
874, 28, 24, 81, 86lttrd 11501 . 2 (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
8825, 43reexpcld 14336 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑𝑁) ∈ ℝ)
8920, 7, 5, 1, 46fltnltalem 43877 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < (𝐴↑𝑁))
9019, 88, 23, 89ltdiv1dd 13251 . . 3 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
9134, 30nncand 11704 . . . . 5 (𝜑 → (𝑁 − (𝑁 − 1)) = 1)
9291oveq2d 7462 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = (𝐴↑1))
933nnzd 12749 . . . . 5 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
9460, 61, 22, 93expsubd 14330 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
9560exp1d 14314 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑1) = 𝐴)
9692, 94, 953eqtr3d 2806 . . 3 (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = 𝐴)
9790, 96breqtrd 5135 . 2 (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < 𝐴)
984, 24, 25, 87, 97lttrd 11501 1 (𝜑 → 𝑁 < 𝐴)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   class class class wbr 5106  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446  ℝcr 11229  1c1 11231   + caddc 11233   · cmul 11235   < clt 11373   ≤ cle 11374   − cmin 11571   / cdiv 12003  ℕcn 12365  2c2 12427  3c3 12428  ℤ≥cuz 12995  ℝ+crp 13150  ↑cexp 14234
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-inf2 9672  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-er 8748  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-sup 9464  df-oi 9534  df-card 10050  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-n0 12637  df-z 12724  df-uz 12996  df-rp 13151  df-ico 13512  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-seq 14175  df-exp 14235  df-hash 14505  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435  df-clim 15687  df-sum 15886
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator