Theorem isprm3 16863

Description: The predicate "is a prime number". A prime number is an integer greater than or equal to 2 with no divisors strictly between 1 and itself. (Contributed by Paul Chapman, 26-Oct-2012.)

Assertion

Ref	Expression
isprm3	⊢ (𝑃 ∈ ℙ ↔ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))

Distinct variable group:   𝑧,𝑃

Proof of Theorem isprm3

Step	Hyp	Ref	Expression
1		isprm2 16862	. 2 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ ↔ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ ℕ (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
2		iman 407	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ¬ (𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)))
3		eluz2nn 13018	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℕ)
4		nnz 12717	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℕ → 𝑧 ∈ ℤ)
5		dvdsle 16485	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → (𝑧 ∥ 𝑃 → 𝑧 ≤ 𝑃))
6	4, 5	sylan 592	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → (𝑧 ∥ 𝑃 → 𝑧 ≤ 𝑃))
7		nnge1 12369	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑧)
8	7	adantr 486	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → 1 ≤ 𝑧)
9	6, 8	jctild 535	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → (𝑧 ∥ 𝑃 → (1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃)))
10	3, 9	sylan2 605	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑧 ∥ 𝑃 → (1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃)))
11		zre 12700	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → 𝑧 ∈ ℝ)
12		nnre 12345	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℝ)
13		1re 11311	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ 1 ∈ ℝ
14		leltne 11402	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((1 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝑧) → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1))
15	13, 14	mp3an1 1477	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝑧) → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1))
16	15	3adant2 1149	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝑧) → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1))
17	16	3expia 1139	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ) → (1 ≤ 𝑧 → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1)))
18		leltne 11402	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧))
19	18	3expia 1139	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ) → (𝑧 ≤ 𝑃 → (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧)))
20	17, 19	anim12d 621	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧))))
21	11, 12, 20	syl2an 608	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧))))
22		pm4.38 649	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧)) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ (𝑧 ≠ 1 ∧ 𝑃 ≠ 𝑧)))
23		df-ne 2956	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑧 ≠ 1 ↔ ¬ 𝑧 = 1)
24		nesym 3011	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑃 ≠ 𝑧 ↔ ¬ 𝑧 = 𝑃)
25	23, 24	anbi12i 640	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑧 ≠ 1 ∧ 𝑃 ≠ 𝑧) ↔ (¬ 𝑧 = 1 ∧ ¬ 𝑧 = 𝑃))
26		ioran 999	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ (¬ 𝑧 = 1 ∧ ¬ 𝑧 = 𝑃))
27	25, 26	bitr4i 281	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ≠ 1 ∧ 𝑃 ≠ 𝑧) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))
28	22, 27	bitrdi 290	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧)) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)))
29	21, 28	syl6 36	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
30	4, 3, 29	syl2an 608	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
31	10, 30	syld 48	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑧 ∥ 𝑃 → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
32	31	imp 412	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)))
33		eluzelz 12978	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℤ)
34		1z 12729	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ 1 ∈ ℤ
35		zltp1le 12749	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑧 ∈ ℤ) → (1 < 𝑧 ↔ (1 + 1) ≤ 𝑧))
36	34, 35	mpan 703	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → (1 < 𝑧 ↔ (1 + 1) ≤ 𝑧))
37		df-2 12408	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ 2 = (1 + 1)
38	37	breq1i 5109	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (2 ≤ 𝑧 ↔ (1 + 1) ≤ 𝑧)
39	36, 38	bitr4di 292	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → (1 < 𝑧 ↔ 2 ≤ 𝑧))
40	39	adantr 486	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (1 < 𝑧 ↔ 2 ≤ 𝑧))
41		zltlem1 12752	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1)))
42	40, 41	anbi12d 644	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
43		peano2zm 12742	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑃 ∈ ℤ → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
44		2z 12731	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ 2 ∈ ℤ
45		elfz 13648	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ ∧ (𝑃 − 1) ∈ ℤ) → (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
46	44, 45	mp3an2 1478	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ (𝑃 − 1) ∈ ℤ) → (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
47	43, 46	sylan2 605	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
48	42, 47	bitr4d 285	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
49	4, 33, 48	syl2an 608	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
50	49	adantr 486	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
51	32, 50	bitr3d 284	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
52	51	anasss 472	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃)) → (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
53	52	expcom 419	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → (𝑧 ∈ ℕ → (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)))))
54	53	pm5.32d 588	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ (𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)))))
55		fzssuz 13702	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2...(𝑃 − 1)) ⊆ (ℤ≥‘2)
56		2eluzge1 13012	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 2 ∈ (ℤ≥‘1)
57		uzss 12991	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 ∈ (ℤ≥‘1) → (ℤ≥‘2) ⊆ (ℤ≥‘1))
58	56, 57	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (ℤ≥‘2) ⊆ (ℤ≥‘1)
59	55, 58	sstri 3917	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2...(𝑃 − 1)) ⊆ (ℤ≥‘1)
60		nnuz 13007	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
61	59, 60	sseqtrri 3957	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (2...(𝑃 − 1)) ⊆ ℕ
62	61	sseli 3904	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) → 𝑧 ∈ ℕ)
63	62	pm4.71ri 570	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
64	54, 63	bitr4di 292	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
65	64	notbid 321	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → (¬ (𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
66	2, 65	bitrid 286	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
67	66	pm5.74da 816	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑧 ∥ 𝑃 → ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)))))
68		bi2.04 392	. . . . 5 ⊢ ((𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
69		con2b 362	. . . . 5 ⊢ ((𝑧 ∥ 𝑃 → ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))) ↔ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) → ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))
70	67, 68, 69	3bitr3g 316	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) → ¬ 𝑧 ∥ 𝑃)))
71	70	ralbidv2 3181	. . 3 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → (∀𝑧 ∈ ℕ (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ∀𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))
72	71	pm5.32i 585	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ ℕ (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))
73	1, 72	bitri 278	1 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ ↔ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∨ wo 861   = wceq 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  ∀wral 3076   ⊆ wss 3895   class class class wbr 5102  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℝcr 11202  1c1 11204   + caddc 11206   < clt 11346   ≤ cle 11347   − cmin 11544  ℕcn 12338  2c2 12400  ℤcz 12696  ℤ_≥cuz 12968  ...cfz 13642   ∥ cdvds 16427  ℙcprime 16851

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-1o 8479  df-2o 8480  df-er 8720  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-fin 8980  df-sup 9437  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-div 11977  df-nn 12339  df-2 12408  df-3 12409  df-n0 12610  df-z 12697  df-uz 12969  df-rp 13124  df-fz 13643  df-seq 14148  df-exp 14208  df-cj 15271  df-re 15272  df-im 15273  df-sqrt 15407  df-abs 15408  df-dvds 16428  df-prm 16852

This theorem is used by:  prmind2  16865  2prm  16872  3prm  16874  ncoprmlnprm  16909  wilth  27403  mersenne  27559  chtvalz  35304  nprmmul1  48702