Theorem nprmmul1 48086

Description: Special factorization of a non-prime integer greater than 3. (Contributed by AV, 5-Apr-2026.)

Assertion

Ref	Expression
nprmmul1	⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∉ ℙ ↔ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))

Distinct variable group:   𝑁,𝑎,𝑏

Proof of Theorem nprmmul1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		isprm3 16698	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℙ ↔ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑎 ∈ (2...(𝑁 − 1)) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁))
2	1	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∈ ℙ ↔ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑎 ∈ (2...(𝑁 − 1)) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁)))
3		uzuzle24 12881	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘2))
4	3	biantrurd 540	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (∀𝑎 ∈ (2...(𝑁 − 1)) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁 ↔ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ∀𝑎 ∈ (2...(𝑁 − 1)) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁)))
5		eluzelz 12844	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → 𝑁 ∈ ℤ)
6		fzoval 13660	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (2..^𝑁) = (2...(𝑁 − 1)))
7	5, 6	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (2..^𝑁) = (2...(𝑁 − 1)))
8	7	eqcomd 2767	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (2...(𝑁 − 1)) = (2..^𝑁))
9	8	raleqdv 3319	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (∀𝑎 ∈ (2...(𝑁 − 1)) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁))
10		eluz4nn 12886	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → 𝑁 ∈ ℕ)
11	10	anim1ci 625	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑁 ∈ ℕ))
12		nndivides2 47931	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑏 · 𝑎) = 𝑁))
13	11, 12	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑏 · 𝑎) = 𝑁))
14		eqcom 2768	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑏 · 𝑎) = 𝑁 ↔ 𝑁 = (𝑏 · 𝑎))
15		elfzo2nn 47876	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑏 ∈ (2..^𝑁) → 𝑏 ∈ ℕ)
16		elfzo2nn 47876	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → 𝑎 ∈ ℕ)
17	16	adantl 485	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → 𝑎 ∈ ℕ)
18		nnmulcom 12266	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑏 ∈ ℕ ∧ 𝑎 ∈ ℕ) → (𝑏 · 𝑎) = (𝑎 · 𝑏))
19	15, 17, 18	syl2anr 606	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑏 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑏 · 𝑎) = (𝑎 · 𝑏))
20	19	eqeq2d 2772	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑏 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑁 = (𝑏 · 𝑎) ↔ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
21	14, 20	bitrid 285	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑏 ∈ (2..^𝑁)) → ((𝑏 · 𝑎) = 𝑁 ↔ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
22	21	rexbidva 3183	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑏 · 𝑎) = 𝑁 ↔ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
23	13, 22	bitrd 281	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
24	23	notbid 320	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (¬ 𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ¬ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
25	24	ralbidva 3182	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
26	9, 25	bitrd 281	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (∀𝑎 ∈ (2...(𝑁 − 1)) ¬ 𝑎 ∥ 𝑁 ↔ ∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
27	2, 4, 26	3bitr2d 309	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∈ ℙ ↔ ∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
28		nnel 3070	. . 3 ⊢ (¬ 𝑁 ∉ ℙ ↔ 𝑁 ∈ ℙ)
29		ralnex 3087	. . . 4 ⊢ (∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏) ↔ ¬ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏))
30	29	bicomi 226	. . 3 ⊢ (¬ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏) ↔ ∀𝑎 ∈ (2..^𝑁) ¬ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏))
31	27, 28, 30	3bitr4g 316	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (¬ 𝑁 ∉ ℙ ↔ ¬ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
32	31	con4bid 319	1 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∉ ℙ ↔ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   = wceq 1559   ∈ wcel 2141   ∉ wnel 3060  ∀wral 3075  ∃wrex 3085   class class class wbr 5099  ‘cfv 6515  (class class class)co 7390  1c1 11069   · cmul 11073   − cmin 11409  ℕcn 12205  2c2 12267  4c4 12269  ℤcz 12563  ℤ_≥cuz 12834  ...cfz 13507  ..^cfzo 13654   ∥ cdvds 16267  ℙcprime 16686

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1814  ax-4 1828  ax-5 1929  ax-6 1986  ax-7 2027  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5321  ax-pr 5389  ax-un 7712  ax-cnex 11124  ax-resscn 11125  ax-1cn 11126  ax-icn 11127  ax-addcl 11128  ax-addrcl 11129  ax-mulcl 11130  ax-mulrcl 11131  ax-mulcom 11132  ax-addass 11133  ax-mulass 11134  ax-distr 11135  ax-i2m1 11136  ax-1ne0 11137  ax-1rid 11138  ax-rnegex 11139  ax-rrecex 11140  ax-cnre 11141  ax-pre-lttri 11142  ax-pre-lttrn 11143  ax-pre-ltadd 11144  ax-pre-mulgt0 11145  ax-pre-sup 11146

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1098  df-3an 1099  df-tru 1562  df-fal 1572  df-ex 1799  df-nf 1803  df-sb 2090  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3061  df-ral 3076  df-rex 3086  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3455  df-sbc 3745  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4480  df-pw 4556  df-sn 4582  df-pr 4584  df-op 4588  df-uni 4865  df-iun 4950  df-br 5100  df-opab 5162  df-mpt 5181  df-tr 5207  df-id 5540  df-eprel 5545  df-po 5553  df-so 5554  df-fr 5598  df-we 5600  df-xp 5651  df-rel 5652  df-cnv 5653  df-co 5654  df-dm 5655  df-rn 5656  df-res 5657  df-ima 5658  df-pred 6282  df-ord 6343  df-on 6344  df-lim 6345  df-suc 6346  df-iota 6471  df-fun 6517  df-fn 6518  df-f 6519  df-f1 6520  df-fo 6521  df-f1o 6522  df-fv 6523  df-riota 7347  df-ov 7393  df-oprab 7394  df-mpo 7395  df-om 7841  df-1st 7964  df-2nd 7965  df-frecs 8255  df-wrecs 8286  df-recs 8335  df-rdg 8374  df-1o 8430  df-2o 8431  df-er 8671  df-en 8922  df-dom 8923  df-sdom 8924  df-fin 8925  df-sup 9383  df-pnf 11213  df-mnf 11214  df-xr 11215  df-ltxr 11216  df-le 11217  df-sub 11411  df-neg 11412  df-div 11840  df-nn 12206  df-2 12275  df-3 12276  df-4 12277  df-n0 12477  df-z 12564  df-uz 12835  df-rp 12989  df-fz 13508  df-fzo 13655  df-seq 14010  df-exp 14070  df-cj 15107  df-re 15108  df-im 15109  df-sqrt 15243  df-abs 15244  df-dvds 16268  df-prm 16687

This theorem is referenced by:  nprmmul2  48087