Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  lcmineqlem6 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lcmineqlem6 42487
Description: Part of lcm inequality lemma, this part eventually shows that F times the least common multiple of 1 to n is an integer. (Contributed by metakunt, 10-May-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
lcmineqlem6.1 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
lcmineqlem6.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
lcmineqlem6.3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
lcmineqlem6.4 (𝜑𝑀𝑁)
Assertion
Ref Expression
lcmineqlem6 (𝜑 → ((lcm‘(1...𝑁)) · 𝐹) ∈ ℤ)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑀   𝑥,𝑁   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝐹(𝑥)

Proof of Theorem lcmineqlem6
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lcmineqlem6.1 . . . . . 6 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
2 lcmineqlem6.2 . . . . . 6 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
3 lcmineqlem6.3 . . . . . 6 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
4 lcmineqlem6.4 . . . . . 6 (𝜑𝑀𝑁)
51, 2, 3, 4lcmineqlem3 42484 . . . . 5 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘))))
65oveq2d 7376 . . . 4 (𝜑 → ((lcm‘(1...𝑁)) · 𝐹) = ((lcm‘(1...𝑁)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘)))))
7 fzfid 13926 . . . . 5 (𝜑 → (0...(𝑁𝑀)) ∈ Fin)
8 fz1ssnn 13500 . . . . . . . . 9 (1...𝑁) ⊆ ℕ
9 fzfi 13925 . . . . . . . . 9 (1...𝑁) ∈ Fin
108, 9pm3.2i 470 . . . . . . . 8 ((1...𝑁) ⊆ ℕ ∧ (1...𝑁) ∈ Fin)
11 lcmfnncl 16589 . . . . . . . 8 (((1...𝑁) ⊆ ℕ ∧ (1...𝑁) ∈ Fin) → (lcm‘(1...𝑁)) ∈ ℕ)
1210, 11ax-mp 5 . . . . . . 7 (lcm‘(1...𝑁)) ∈ ℕ
1312nncni 12175 . . . . . 6 (lcm‘(1...𝑁)) ∈ ℂ
1413a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → (lcm‘(1...𝑁)) ∈ ℂ)
15 elfzelz 13469 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℤ)
16 m1expcl 14039 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℤ → (-1↑𝑘) ∈ ℤ)
1715, 16syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (-1↑𝑘) ∈ ℤ)
1817zcnd 12625 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
1918adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
20 bccl2 14276 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ)
2120nncnd 12181 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℂ)
2221adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℂ)
2319, 22mulcld 11156 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) ∈ ℂ)
243nncnd 12181 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
2524adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → 𝑀 ∈ ℂ)
2615zcnd 12625 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℂ)
2726adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → 𝑘 ∈ ℂ)
2825, 27addcld 11155 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑀 + 𝑘) ∈ ℂ)
29 elfznn0 13565 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
30 nnnn0addcl 12458 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 + 𝑘) ∈ ℕ)
3129, 30sylan2 594 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑀 + 𝑘) ∈ ℕ)
323, 31sylan 581 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑀 + 𝑘) ∈ ℕ)
3332nnne0d 12218 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑀 + 𝑘) ≠ 0)
3428, 33reccld 11915 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (1 / (𝑀 + 𝑘)) ∈ ℂ)
3523, 34mulcld 11156 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘))) ∈ ℂ)
367, 14, 35fsummulc2 15737 . . . 4 (𝜑 → ((lcm‘(1...𝑁)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘)))) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))((lcm‘(1...𝑁)) · (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘)))))
376, 36eqtrd 2772 . . 3 (𝜑 → ((lcm‘(1...𝑁)) · 𝐹) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))((lcm‘(1...𝑁)) · (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘)))))
3813a1i 11 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (lcm‘(1...𝑁)) ∈ ℂ)
3938, 23, 28, 33lcmineqlem5 42486 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((lcm‘(1...𝑁)) · (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘)))) = (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ((lcm‘(1...𝑁)) / (𝑀 + 𝑘))))
4039sumeq2dv 15655 . . 3 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))((lcm‘(1...𝑁)) · (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (1 / (𝑀 + 𝑘)))) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ((lcm‘(1...𝑁)) / (𝑀 + 𝑘))))
4137, 40eqtrd 2772 . 2 (𝜑 → ((lcm‘(1...𝑁)) · 𝐹) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ((lcm‘(1...𝑁)) / (𝑀 + 𝑘))))
4217adantl 481 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (-1↑𝑘) ∈ ℤ)
4320nnzd 12541 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℤ)
4443adantl 481 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℤ)
4542, 44zmulcld 12630 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) ∈ ℤ)
462adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → 𝑁 ∈ ℕ)
473adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → 𝑀 ∈ ℕ)
484adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → 𝑀𝑁)
49 simpr 484 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → 𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)))
5046, 47, 48, 49lcmineqlem4 42485 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((lcm‘(1...𝑁)) / (𝑀 + 𝑘)) ∈ ℤ)
5145, 50zmulcld 12630 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ((lcm‘(1...𝑁)) / (𝑀 + 𝑘))) ∈ ℤ)
527, 51fsumzcl 15688 . 2 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ((lcm‘(1...𝑁)) / (𝑀 + 𝑘))) ∈ ℤ)
5341, 52eqeltrd 2837 1 (𝜑 → ((lcm‘(1...𝑁)) · 𝐹) ∈ ℤ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  wss 3890   class class class wbr 5086  cfv 6492  (class class class)co 7360  Fincfn 8886  cc 11027  0cc0 11029  1c1 11030   + caddc 11032   · cmul 11034  cle 11171  cmin 11368  -cneg 11369   / cdiv 11798  cn 12165  0cn0 12428  cz 12515  [,]cicc 13292  ...cfz 13452  cexp 14014  Ccbc 14255  Σcsu 15639  lcmclcmf 16549  citg 25595
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 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-inf2 9553  ax-cc 10348  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106  ax-pre-sup 11107  ax-addf 11108
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 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-symdif 4194  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-tp 4573  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-iin 4937  df-disj 5054  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-se 5578  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-of 7624  df-ofr 7625  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8104  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-1o 8398  df-2o 8399  df-oadd 8402  df-omul 8403  df-er 8636  df-map 8768  df-pm 8769  df-ixp 8839  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-fin 8890  df-fsupp 9268  df-fi 9317  df-sup 9348  df-inf 9349  df-oi 9418  df-dju 9816  df-card 9854  df-acn 9857  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-5 12238  df-6 12239  df-7 12240  df-8 12241  df-9 12242  df-n0 12429  df-z 12516  df-dec 12636  df-uz 12780  df-q 12890  df-rp 12934  df-xneg 13054  df-xadd 13055  df-xmul 13056  df-ioo 13293  df-ioc 13294  df-ico 13295  df-icc 13296  df-fz 13453  df-fzo 13600  df-fl 13742  df-mod 13820  df-seq 13955  df-exp 14015  df-fac 14227  df-bc 14256  df-hash 14284  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-limsup 15424  df-clim 15441  df-rlim 15442  df-sum 15640  df-prod 15860  df-dvds 16213  df-lcmf 16551  df-struct 17108  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-starv 17226  df-sca 17227  df-vsca 17228  df-ip 17229  df-tset 17230  df-ple 17231  df-ds 17233  df-unif 17234  df-hom 17235  df-cco 17236  df-rest 17376  df-topn 17377  df-0g 17395  df-gsum 17396  df-topgen 17397  df-pt 17398  df-prds 17401  df-xrs 17457  df-qtop 17462  df-imas 17463  df-xps 17465  df-mre 17539  df-mrc 17540  df-acs 17542  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-submnd 18743  df-mulg 19035  df-cntz 19283  df-cmn 19748  df-psmet 21336  df-xmet 21337  df-met 21338  df-bl 21339  df-mopn 21340  df-fbas 21341  df-fg 21342  df-cnfld 21345  df-top 22869  df-topon 22886  df-topsp 22908  df-bases 22921  df-cld 22994  df-ntr 22995  df-cls 22996  df-nei 23073  df-lp 23111  df-perf 23112  df-cn 23202  df-cnp 23203  df-haus 23290  df-cmp 23362  df-tx 23537  df-hmeo 23730  df-fil 23821  df-fm 23913  df-flim 23914  df-flf 23915  df-xms 24295  df-ms 24296  df-tms 24297  df-cncf 24855  df-ovol 25441  df-vol 25442  df-mbf 25596  df-itg1 25597  df-itg2 25598  df-ibl 25599  df-itg 25600  df-0p 25647  df-limc 25843  df-dv 25844
This theorem is referenced by:  lcmineqlem15  42496
  Copyright terms: Public domain W3C validator