Theorem lcmass 16585

Description: Associative law for lcm operator. (Contributed by Steve Rodriguez, 20-Jan-2020.) (Proof shortened by AV, 16-Sep-2020.)

Assertion

Ref	Expression
lcmass	⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) lcm 𝑃) = (𝑁 lcm (𝑀 lcm 𝑃)))

Proof of Theorem lcmass

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		orass 920	. . 3 ⊢ (((𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0) ∨ 𝑃 = 0) ↔ (𝑁 = 0 ∨ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)))
2		anass 468	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥) ↔ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)))
3	2	rabbii 3435	. . . 4 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))}
4	3	infeq1i 9502	. . 3 ⊢ inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < ) = inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))}, ℝ, < )
5	1, 4	ifbieq2i 4554	. 2 ⊢ if(((𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0) ∨ 𝑃 = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < )) = if((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))}, ℝ, < ))
6		lcmcl 16572	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (𝑁 lcm 𝑀) ∈ ℕ0)
7	6	3adant3 1130	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑁 lcm 𝑀) ∈ ℕ0)
8	7	nn0zd 12615	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑁 lcm 𝑀) ∈ ℤ)
9		simp3 1136	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → 𝑃 ∈ ℤ)
10		lcmval 16563	. . . 4 ⊢ (((𝑁 lcm 𝑀) ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) lcm 𝑃) = if(((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ∨ 𝑃 = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
11	8, 9, 10	syl2anc 583	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) lcm 𝑃) = if(((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ∨ 𝑃 = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
12		lcmeq0 16571	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ↔ (𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0)))
13	12	3adant3 1130	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ↔ (𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0)))
14	13	orbi1d 915	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ∨ 𝑃 = 0) ↔ ((𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0) ∨ 𝑃 = 0)))
15	14	bicomd 222	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (((𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0) ∨ 𝑃 = 0) ↔ ((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ∨ 𝑃 = 0)))
16		nnz 12610	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℤ)
17	16	adantl 481	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑥 ∈ ℤ)
18		simp1 1134	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → 𝑁 ∈ ℤ)
19	18	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℤ)
20		simpl2 1190	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑀 ∈ ℤ)
21		lcmdvdsb 16584	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ↔ (𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥))
22	17, 19, 20, 21	syl3anc 1369	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ↔ (𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥))
23	22	anbi1d 630	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥) ↔ ((𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)))
24	23	rabbidva 3436	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)})
25	24	infeq1d 9501	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < ) = inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < ))
26	15, 25	ifbieq2d 4555	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → if(((𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0) ∨ 𝑃 = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < )) = if(((𝑁 lcm 𝑀) = 0 ∨ 𝑃 = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 lcm 𝑀) ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
27	11, 26	eqtr4d 2771	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) lcm 𝑃) = if(((𝑁 = 0 ∨ 𝑀 = 0) ∨ 𝑃 = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ 𝑀 ∥ 𝑥) ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
28		lcmcl 16572	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑀 lcm 𝑃) ∈ ℕ0)
29	28	3adant1 1128	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑀 lcm 𝑃) ∈ ℕ0)
30	29	nn0zd 12615	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑀 lcm 𝑃) ∈ ℤ)
31		lcmval 16563	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∈ ℤ) → (𝑁 lcm (𝑀 lcm 𝑃)) = if((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 lcm 𝑃) = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
32	18, 30, 31	syl2anc 583	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑁 lcm (𝑀 lcm 𝑃)) = if((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 lcm 𝑃) = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
33		lcmeq0 16571	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑀 lcm 𝑃) = 0 ↔ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)))
34	33	3adant1 1128	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑀 lcm 𝑃) = 0 ↔ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)))
35	34	orbi2d 914	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 lcm 𝑃) = 0) ↔ (𝑁 = 0 ∨ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0))))
36	35	bicomd 222	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)) ↔ (𝑁 = 0 ∨ (𝑀 lcm 𝑃) = 0)))
37	9	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑃 ∈ ℤ)
38		lcmdvdsb 16584	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥) ↔ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥))
39	17, 20, 37, 38	syl3anc 1369	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥) ↔ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥))
40	39	anbi2d 629	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥)) ↔ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥)))
41	40	rabbidva 3436	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥)})
42	41	infeq1d 9501	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))}, ℝ, < ) = inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥)}, ℝ, < ))
43	36, 42	ifbieq2d 4555	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → if((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))}, ℝ, < )) = if((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 lcm 𝑃) = 0), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 lcm 𝑃) ∥ 𝑥)}, ℝ, < )))
44	32, 43	eqtr4d 2771	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (𝑁 lcm (𝑀 lcm 𝑃)) = if((𝑁 = 0 ∨ (𝑀 = 0 ∨ 𝑃 = 0)), 0, inf({𝑥 ∈ ℕ ∣ (𝑁 ∥ 𝑥 ∧ (𝑀 ∥ 𝑥 ∧ 𝑃 ∥ 𝑥))}, ℝ, < )))
45	5, 27, 44	3eqtr4a 2794	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → ((𝑁 lcm 𝑀) lcm 𝑃) = (𝑁 lcm (𝑀 lcm 𝑃)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   ∨ wo 846   ∧ w3a 1085   = wceq 1534   ∈ wcel 2099  {crab 3429  ifcif 4529   class class class wbr 5148  (class class class)co 7420  infcinf 9465  ℝcr 11138  0cc0 11139   < clt 11279  ℕcn 12243  ℕ₀cn0 12503  ℤcz 12589   ∥ cdvds 16231   lcm clcm 16559

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2699  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5429  ax-un 7740  ax-cnex 11195  ax-resscn 11196  ax-1cn 11197  ax-icn 11198  ax-addcl 11199  ax-addrcl 11200  ax-mulcl 11201  ax-mulrcl 11202  ax-mulcom 11203  ax-addass 11204  ax-mulass 11205  ax-distr 11206  ax-i2m1 11207  ax-1ne0 11208  ax-1rid 11209  ax-rnegex 11210  ax-rrecex 11211  ax-cnre 11212  ax-pre-lttri 11213  ax-pre-lttrn 11214  ax-pre-ltadd 11215  ax-pre-mulgt0 11216  ax-pre-sup 11217

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2530  df-eu 2559  df-clab 2706  df-cleq 2720  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3373  df-reu 3374  df-rab 3430  df-v 3473  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4909  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5576  df-eprel 5582  df-po 5590  df-so 5591  df-fr 5633  df-we 5635  df-xp 5684  df-rel 5685  df-cnv 5686  df-co 5687  df-dm 5688  df-rn 5689  df-res 5690  df-ima 5691  df-pred 6305  df-ord 6372  df-on 6373  df-lim 6374  df-suc 6375  df-iota 6500  df-fun 6550  df-fn 6551  df-f 6552  df-f1 6553  df-fo 6554  df-f1o 6555  df-fv 6556  df-riota 7376  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7871  df-2nd 7994  df-frecs 8287  df-wrecs 8318  df-recs 8392  df-rdg 8431  df-er 8725  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-sup 9466  df-inf 9467  df-pnf 11281  df-mnf 11282  df-xr 11283  df-ltxr 11284  df-le 11285  df-sub 11477  df-neg 11478  df-div 11903  df-nn 12244  df-2 12306  df-3 12307  df-n0 12504  df-z 12590  df-uz 12854  df-rp 13008  df-fl 13790  df-mod 13868  df-seq 14000  df-exp 14060  df-cj 15079  df-re 15080  df-im 15081  df-sqrt 15215  df-abs 15216  df-dvds 16232  df-gcd 16470  df-lcm 16561

This theorem is referenced by:  lcmfunsnlem2lem2  16610  lcmfun  16616