Theorem isprm3 16316

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 16315	. 2 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ ↔ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ ℕ (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
2		iman 401	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ¬ (𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)))
3		eluz2nn 12553	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℕ)
4		nnz 12272	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℕ → 𝑧 ∈ ℤ)
5		dvdsle 15947	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → (𝑧 ∥ 𝑃 → 𝑧 ≤ 𝑃))
6	4, 5	sylan 579	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → (𝑧 ∥ 𝑃 → 𝑧 ≤ 𝑃))
7		nnge1 11931	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑧)
8	7	adantr 480	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → 1 ≤ 𝑧)
9	6, 8	jctild 525	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → (𝑧 ∥ 𝑃 → (1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃)))
10	3, 9	sylan2 592	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑧 ∥ 𝑃 → (1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃)))
11		zre 12253	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → 𝑧 ∈ ℝ)
12		nnre 11910	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℝ)
13		1re 10906	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ 1 ∈ ℝ
14		leltne 10995	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((1 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝑧) → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1))
15	13, 14	mp3an1 1446	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝑧) → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1))
16	15	3adant2 1129	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝑧) → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1))
17	16	3expia 1119	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ) → (1 ≤ 𝑧 → (1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1)))
18		leltne 10995	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧))
19	18	3expia 1119	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ) → (𝑧 ≤ 𝑃 → (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧)))
20	17, 19	anim12d 608	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧))))
21	11, 12, 20	syl2an 595	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧))))
22		pm4.38 634	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧)) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ (𝑧 ≠ 1 ∧ 𝑃 ≠ 𝑧)))
23		df-ne 2943	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑧 ≠ 1 ↔ ¬ 𝑧 = 1)
24		nesym 2999	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑃 ≠ 𝑧 ↔ ¬ 𝑧 = 𝑃)
25	23, 24	anbi12i 626	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝑧 ≠ 1 ∧ 𝑃 ≠ 𝑧) ↔ (¬ 𝑧 = 1 ∧ ¬ 𝑧 = 𝑃))
26		ioran 980	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ (¬ 𝑧 = 1 ∧ ¬ 𝑧 = 𝑃))
27	25, 26	bitr4i 277	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ≠ 1 ∧ 𝑃 ≠ 𝑧) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))
28	22, 27	bitrdi 286	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((1 < 𝑧 ↔ 𝑧 ≠ 1) ∧ (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑃 ≠ 𝑧)) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)))
29	21, 28	syl6 35	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
30	4, 3, 29	syl2an 595	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((1 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
31	10, 30	syld 47	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑧 ∥ 𝑃 → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
32	31	imp 406	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)))
33		eluzelz 12521	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℤ)
34		1z 12280	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ 1 ∈ ℤ
35		zltp1le 12300	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑧 ∈ ℤ) → (1 < 𝑧 ↔ (1 + 1) ≤ 𝑧))
36	34, 35	mpan 686	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → (1 < 𝑧 ↔ (1 + 1) ≤ 𝑧))
37		df-2 11966	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ 2 = (1 + 1)
38	37	breq1i 5077	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (2 ≤ 𝑧 ↔ (1 + 1) ≤ 𝑧)
39	36, 38	bitr4di 288	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → (1 < 𝑧 ↔ 2 ≤ 𝑧))
40	39	adantr 480	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (1 < 𝑧 ↔ 2 ≤ 𝑧))
41		zltlem1 12303	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑧 < 𝑃 ↔ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1)))
42	40, 41	anbi12d 630	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
43		peano2zm 12293	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑃 ∈ ℤ → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
44		2z 12282	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ 2 ∈ ℤ
45		elfz 13174	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ ∧ (𝑃 − 1) ∈ ℤ) → (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
46	44, 45	mp3an2 1447	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ (𝑃 − 1) ∈ ℤ) → (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
47	43, 46	sylan2 592	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (2 ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ (𝑃 − 1))))
48	42, 47	bitr4d 281	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
49	4, 33, 48	syl2an 595	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
50	49	adantr 480	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((1 < 𝑧 ∧ 𝑧 < 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
51	32, 50	bitr3d 280	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
52	51	anasss 466	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑧 ∈ ℕ ∧ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃)) → (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
53	52	expcom 413	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → (𝑧 ∈ ℕ → (¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)))))
54	53	pm5.32d 576	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ (𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)))))
55		fzssuz 13226	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2...(𝑃 − 1)) ⊆ (ℤ≥‘2)
56		2eluzge1 12563	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 2 ∈ (ℤ≥‘1)
57		uzss 12534	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 ∈ (ℤ≥‘1) → (ℤ≥‘2) ⊆ (ℤ≥‘1))
58	56, 57	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (ℤ≥‘2) ⊆ (ℤ≥‘1)
59	55, 58	sstri 3926	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2...(𝑃 − 1)) ⊆ (ℤ≥‘1)
60		nnuz 12550	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
61	59, 60	sseqtrri 3954	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (2...(𝑃 − 1)) ⊆ ℕ
62	61	sseli 3913	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) → 𝑧 ∈ ℕ)
63	62	pm4.71ri 560	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ↔ (𝑧 ∈ ℕ ∧ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
64	54, 63	bitr4di 288	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
65	64	notbid 317	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → (¬ (𝑧 ∈ ℕ ∧ ¬ (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
66	2, 65	syl5bb 282	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑧 ∥ 𝑃) → ((𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))))
67	66	pm5.74da 800	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑧 ∥ 𝑃 → ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)))))
68		bi2.04 388	. . . . 5 ⊢ ((𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))))
69		con2b 359	. . . . 5 ⊢ ((𝑧 ∥ 𝑃 → ¬ 𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1))) ↔ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) → ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))
70	67, 68, 69	3bitr3g 312	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝑧 ∈ ℕ → (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃))) ↔ (𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) → ¬ 𝑧 ∥ 𝑃)))
71	70	ralbidv2 3118	. . 3 ⊢ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → (∀𝑧 ∈ ℕ (𝑧 ∥ 𝑃 → (𝑧 = 1 ∨ 𝑧 = 𝑃)) ↔ ∀𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))
72	71	pm5.32i 574	. 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 274	1 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ ↔ (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑧 ∈ (2...(𝑃 − 1)) ¬ 𝑧 ∥ 𝑃))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   ∨ wo 843   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2942  ∀wral 3063   ⊆ wss 3883   class class class wbr 5070  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  ℝcr 10801  1c1 10803   + caddc 10805   < clt 10940   ≤ cle 10941   − cmin 11135  ℕcn 11903  2c2 11958  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511  ...cfz 13168   ∥ cdvds 15891  ℙcprime 16304

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-2o 8268  df-er 8456  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-seq 13650  df-exp 13711  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-dvds 15892  df-prm 16305

This theorem is referenced by:  prmind2  16318  2prm  16325  3prm  16327  ncoprmlnprm  16360  wilth  26125  mersenne  26280  chtvalz  32509