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 43015
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 43013). See https://youtu.be/EymVXkPWxyc 43013 for an outline. (Contributed by SN, 24-Aug-2023.)
Hypotheses
Ref Expression
fltltc.a (𝜑𝐴 ∈ ℕ)
fltltc.b (𝜑𝐵 ∈ ℕ)
fltltc.c (𝜑𝐶 ∈ ℕ)
fltltc.n (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘3))
fltltc.1 (𝜑 → ((𝐴𝑁) + (𝐵𝑁)) = (𝐶𝑁))
fltnlta.1 (𝜑𝐴 < 𝐵)
Assertion
Ref Expression
fltnlta (𝜑𝑁 < 𝐴)

Proof of Theorem fltnlta
StepHypRef Expression
1 fltltc.n . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘3))
2 eluz3nn 12814 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → 𝑁 ∈ ℕ)
31, 2syl 17 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
43nnred 12172 . 2 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
5 fltltc.c . . . . . 6 (𝜑𝐶 ∈ ℕ)
65nnred 12172 . . . . 5 (𝜑𝐶 ∈ ℝ)
7 fltltc.b . . . . . 6 (𝜑𝐵 ∈ ℕ)
87nnred 12172 . . . . 5 (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
96, 8resubcld 11577 . . . 4 (𝜑 → (𝐶𝐵) ∈ ℝ)
10 uzuzle23 12809 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → 𝑁 ∈ (ℤ‘2))
11 uz2m1nn 12848 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
121, 10, 113syl 18 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
1312nnnn0d 12474 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ0)
146, 13reexpcld 14098 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
1512nnred 12172 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℝ)
168, 13reexpcld 14098 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
1715, 16remulcld 11174 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
1814, 17readdcld 11173 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
199, 18remulcld 11174 . . 3 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
20 fltltc.a . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ ℕ)
2120nnrpd 12959 . . . 4 (𝜑𝐴 ∈ ℝ+)
2212nnzd 12526 . . . 4 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℤ)
2321, 22rpexpcld 14182 . . 3 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ+)
2419, 23rerpdivcld 12992 . 2 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
2520nnred 12172 . 2 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
2616, 17readdcld 11173 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
279, 26remulcld 11174 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
2827, 23rerpdivcld 12992 . . 3 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
299, 4remulcld 11174 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · 𝑁) ∈ ℝ)
30 1cnd 11139 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
3112nncnd 12173 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
3216recnd 11172 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
3330, 31, 32adddird 11169 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
343nncnd 12173 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
3530, 34pncan3d 11507 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1 + (𝑁 − 1)) = 𝑁)
3635oveq1d 7383 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
3732mullidd 11162 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝐵↑(𝑁 − 1)))
3837oveq1d 7383 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
3933, 36, 383eqtr3rd 2781 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
4039oveq2d 7384 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) = ((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
4140oveq1d 7383 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
4241, 28eqeltrrd 2838 . . . . 5 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
433nnnn0d 12474 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
4443nn0ge0d 12477 . . . . . 6 (𝜑 → 0 ≤ 𝑁)
45 1red 11145 . . . . . . 7 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
46 fltltc.1 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐴𝑁) + (𝐵𝑁)) = (𝐶𝑁))
4720, 7, 5, 1, 46fltltc 43013 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 < 𝐶)
48 nnltp1le 12560 . . . . . . . . 9 ((𝐵 ∈ ℕ ∧ 𝐶 ∈ ℕ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
497, 5, 48syl2anc 585 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
5047, 49mpbid 232 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵 + 1) ≤ 𝐶)
518leidd 11715 . . . . . . 7 (𝜑𝐵𝐵)
526, 8, 45, 8, 50, 51lesub3d 11767 . . . . . 6 (𝜑 → 1 ≤ (𝐶𝐵))
534, 9, 44, 52lemulge12d 12092 . . . . 5 (𝜑𝑁 ≤ ((𝐶𝐵) · 𝑁))
549recnd 11172 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐶𝐵) ∈ ℂ)
5523rpred 12961 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
5655recnd 11172 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
5754, 34, 56mulassd 11167 . . . . . . . 8 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))))
5857oveq1d 7383 . . . . . . 7 (𝜑 → ((((𝐶𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
5954, 34mulcld 11164 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · 𝑁) ∈ ℂ)
6020nncnd 12173 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
6120nnne0d 12207 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐴 ≠ 0)
6260, 61, 22expne0d 14087 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ≠ 0)
6359, 56, 62divcan4d 11935 . . . . . . 7 (𝜑 → ((((𝐶𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶𝐵) · 𝑁))
6458, 63eqtr3d 2774 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶𝐵) · 𝑁))
654, 55remulcld 11174 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
669, 65remulcld 11174 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
6740, 27eqeltrrd 2838 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
6839, 26eqeltrrd 2838 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
69 difrp 12957 . . . . . . . . . 10 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶𝐵) ∈ ℝ+))
708, 6, 69syl2anc 585 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶𝐵) ∈ ℝ+))
7147, 70mpbid 232 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐶𝐵) ∈ ℝ+)
723nnrpd 12959 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℝ+)
737nnrpd 12959 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵 ∈ ℝ+)
74 fltnlta.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 < 𝐵)
7521, 73, 12, 74ltexp1dd 14195 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) < (𝐵↑(𝑁 − 1)))
7655, 16, 72, 75ltmul2dd 13017 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
7765, 68, 71, 76ltmul2dd 13017 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
7866, 67, 23, 77ltdiv1dd 13018 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
7964, 78eqbrtrrd 5124 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · 𝑁) < (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
804, 29, 42, 53, 79lelttrd 11303 . . . 4 (𝜑𝑁 < (((𝐶𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
8180, 41breqtrrd 5128 . . 3 (𝜑𝑁 < (((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
825nnrpd 12959 . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ ℝ+)
8373, 82, 12, 47ltexp1dd 14195 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) < (𝐶↑(𝑁 − 1)))
8416, 14, 17, 83ltadd1dd 11760 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
8526, 18, 71, 84ltmul2dd 13017 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < ((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))))
8627, 19, 23, 85ltdiv1dd 13018 . . 3 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
874, 28, 24, 81, 86lttrd 11306 . 2 (𝜑𝑁 < (((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
8825, 43reexpcld 14098 . . . 4 (𝜑 → (𝐴𝑁) ∈ ℝ)
8920, 7, 5, 1, 46fltnltalem 43014 . . . 4 (𝜑 → ((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < (𝐴𝑁))
9019, 88, 23, 89ltdiv1dd 13018 . . 3 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < ((𝐴𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
9134, 30nncand 11509 . . . . 5 (𝜑 → (𝑁 − (𝑁 − 1)) = 1)
9291oveq2d 7384 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = (𝐴↑1))
933nnzd 12526 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
9460, 61, 22, 93expsubd 14092 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = ((𝐴𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
9560exp1d 14076 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑1) = 𝐴)
9692, 94, 953eqtr3d 2780 . . 3 (𝜑 → ((𝐴𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = 𝐴)
9790, 96breqtrd 5126 . 2 (𝜑 → (((𝐶𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < 𝐴)
984, 24, 25, 87, 97lttrd 11306 1 (𝜑𝑁 < 𝐴)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206   = wceq 1542  wcel 2114   class class class wbr 5100  cfv 6500  (class class class)co 7368  cr 11037  1c1 11039   + caddc 11041   · cmul 11043   < clt 11178  cle 11179  cmin 11376   / cdiv 11806  cn 12157  2c2 12212  3c3 12213  cuz 12763  +crp 12917  cexp 13996
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 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  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 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-se 5586  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-isom 6509  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-1o 8407  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-sup 9357  df-oi 9427  df-card 9863  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-div 11807  df-nn 12158  df-2 12220  df-3 12221  df-n0 12414  df-z 12501  df-uz 12764  df-rp 12918  df-ico 13279  df-fz 13436  df-fzo 13583  df-seq 13937  df-exp 13997  df-hash 14266  df-cj 15034  df-re 15035  df-im 15036  df-sqrt 15170  df-abs 15171  df-clim 15423  df-sum 15622
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator