Theorem nprmmul3 48133

Description: Special factorization of a non-prime integer greater than 3. (Contributed by AV, 4-Apr-2026.)

Assertion

Ref	Expression
nprmmul3	⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∉ ℙ ↔ (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎↑2))))

Distinct variable group:   𝑁,𝑎,𝑏

Proof of Theorem nprmmul3

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nprmmul2 48132	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∉ ℙ ↔ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))))
2		elfzoelz 13678	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → 𝑎 ∈ ℤ)
3	2	zred 12691	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → 𝑎 ∈ ℝ)
4	3	adantl 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → 𝑎 ∈ ℝ)
5		elfzoelz 13678	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 ∈ (2..^𝑁) → 𝑏 ∈ ℤ)
6	5	zred 12691	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑏 ∈ (2..^𝑁) → 𝑏 ∈ ℝ)
7		leloe 11284	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ ℝ ∧ 𝑏 ∈ ℝ) → (𝑎 ≤ 𝑏 ↔ (𝑎 < 𝑏 ∨ 𝑎 = 𝑏)))
8	4, 6, 7	syl2an 607	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑏 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑎 ≤ 𝑏 ↔ (𝑎 < 𝑏 ∨ 𝑎 = 𝑏)))
9	8	anbi1d 642	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑏 ∈ (2..^𝑁)) → ((𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ ((𝑎 < 𝑏 ∨ 𝑎 = 𝑏) ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))))
10		andir 1024	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑎 < 𝑏 ∨ 𝑎 = 𝑏) ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ ((𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ (𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))))
11	9, 10	bitrdi 290	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑏 ∈ (2..^𝑁)) → ((𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ ((𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ (𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))))
12	11	rexbidva 3187	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)((𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ (𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))))
13		r19.43 3133	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)((𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ (𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))) ↔ (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))))
14		oveq2 7408	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑏 = 𝑎 → (𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑎))
15	14	equcoms 2043	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑎 = 𝑏 → (𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑎))
16	15	adantl 486	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑎 = 𝑏) → (𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑎))
17	2	zcnd 12692	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → 𝑎 ∈ ℂ)
18	17	sqvald 14170	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → (𝑎↑2) = (𝑎 · 𝑎))
19	18	adantr 485	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑎 = 𝑏) → (𝑎↑2) = (𝑎 · 𝑎))
20	16, 19	eqtr4d 2803	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑎 = 𝑏) → (𝑎 · 𝑏) = (𝑎↑2))
21	20	eqeq2d 2776	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑎 = 𝑏) → (𝑁 = (𝑎 · 𝑏) ↔ 𝑁 = (𝑎↑2)))
22	21	biimpd 232	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑎 ∈ (2..^𝑁) ∧ 𝑎 = 𝑏) → (𝑁 = (𝑎 · 𝑏) → 𝑁 = (𝑎↑2)))
23	22	ex 417	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → (𝑎 = 𝑏 → (𝑁 = (𝑎 · 𝑏) → 𝑁 = (𝑎↑2))))
24	23	adantl 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑎 = 𝑏 → (𝑁 = (𝑎 · 𝑏) → 𝑁 = (𝑎↑2))))
25	24	impd 415	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → ((𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) → 𝑁 = (𝑎↑2)))
26	25	a1d 26	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑏 ∈ (2..^𝑁) → ((𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) → 𝑁 = (𝑎↑2))))
27	26	rexlimdv 3164	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) → 𝑁 = (𝑎↑2)))
28		simplr 780	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑁 = (𝑎↑2)) → 𝑎 ∈ (2..^𝑁))
29		equequ2 2049	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑏 = 𝑎 → (𝑎 = 𝑏 ↔ 𝑎 = 𝑎))
30	14	eqeq2d 2776	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑏 = 𝑎 → (𝑁 = (𝑎 · 𝑏) ↔ 𝑁 = (𝑎 · 𝑎)))
31	29, 30	anbi12d 643	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑏 = 𝑎 → ((𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ (𝑎 = 𝑎 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑎))))
32	31	adantl 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑁 = (𝑎↑2)) ∧ 𝑏 = 𝑎) → ((𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ (𝑎 = 𝑎 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑎))))
33	18	eqeq2d 2776	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → (𝑁 = (𝑎↑2) ↔ 𝑁 = (𝑎 · 𝑎)))
34	33	biimpd 232	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑎 ∈ (2..^𝑁) → (𝑁 = (𝑎↑2) → 𝑁 = (𝑎 · 𝑎)))
35	34	adantl 486	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑁 = (𝑎↑2) → 𝑁 = (𝑎 · 𝑎)))
36	35	imp 411	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑁 = (𝑎↑2)) → 𝑁 = (𝑎 · 𝑎))
37		equid 2035	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑎 = 𝑎
38	36, 37	jctil 528	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑁 = (𝑎↑2)) → (𝑎 = 𝑎 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑎)))
39	28, 32, 38	rspcedvd 3586	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) ∧ 𝑁 = (𝑎↑2)) → ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)))
40	39	ex 417	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (𝑁 = (𝑎↑2) → ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))))
41	27, 40	impbid 215	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ 𝑁 = (𝑎↑2)))
42	41	orbi2d 928	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → ((∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ ∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))) ↔ (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ 𝑁 = (𝑎↑2))))
43	13, 42	bitrid 286	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)((𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ (𝑎 = 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏))) ↔ (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ 𝑁 = (𝑎↑2))))
44	12, 43	bitrd 282	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) ∧ 𝑎 ∈ (2..^𝑁)) → (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ (∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ 𝑁 = (𝑎↑2))))
45	44	rexbidva 3187	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)(∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ 𝑁 = (𝑎↑2))))
46		r19.43 3133	. . 3 ⊢ (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)(∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ 𝑁 = (𝑎↑2)) ↔ (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎↑2)))
47	45, 46	bitrdi 290	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 ≤ 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ↔ (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎↑2))))
48	1, 47	bitrd 282	1 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → (𝑁 ∉ ℙ ↔ (∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)∃𝑏 ∈ (2..^𝑁)(𝑎 < 𝑏 ∧ 𝑁 = (𝑎 · 𝑏)) ∨ ∃𝑎 ∈ (2..^𝑁)𝑁 = (𝑎↑2))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   ∨ wo 860   = wceq 1563   ∈ wcel 2145   ∉ wnel 3064  ∃wrex 3089   class class class wbr 5105  ‘cfv 6525  (class class class)co 7400  ℝcr 11087   · cmul 11093   < clt 11231   ≤ cle 11232  2c2 12286  4c4 12288  ℤ_≥cuz 12853  ..^cfzo 13673  ↑cexp 14088  ℙcprime 16719

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1818  ax-4 1832  ax-5 1933  ax-6 1990  ax-7 2031  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2737  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5327  ax-pr 5395  ax-un 7722  ax-cnex 11144  ax-resscn 11145  ax-1cn 11146  ax-icn 11147  ax-addcl 11148  ax-addrcl 11149  ax-mulcl 11150  ax-mulrcl 11151  ax-mulcom 11152  ax-addass 11153  ax-mulass 11154  ax-distr 11155  ax-i2m1 11156  ax-1ne0 11157  ax-1rid 11158  ax-rnegex 11159  ax-rrecex 11160  ax-cnre 11161  ax-pre-lttri 11162  ax-pre-lttrn 11163  ax-pre-ltadd 11164  ax-pre-mulgt0 11165  ax-pre-sup 11166

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1566  df-fal 1576  df-ex 1803  df-nf 1807  df-sb 2094  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3418  df-v 3459  df-sbc 3748  df-csb 3856  df-dif 3910  df-un 3912  df-in 3914  df-ss 3924  df-pss 3927  df-nul 4289  df-if 4484  df-pw 4560  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4869  df-iun 4954  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5547  df-eprel 5552  df-po 5560  df-so 5561  df-fr 5605  df-we 5607  df-xp 5658  df-rel 5659  df-cnv 5660  df-co 5661  df-dm 5662  df-rn 5663  df-res 5664  df-ima 5665  df-pred 6292  df-ord 6353  df-on 6354  df-lim 6355  df-suc 6356  df-iota 6481  df-fun 6527  df-fn 6528  df-f 6529  df-f1 6530  df-fo 6531  df-f1o 6532  df-fv 6533  df-riota 7357  df-ov 7403  df-oprab 7404  df-mpo 7405  df-om 7851  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8346  df-rdg 8385  df-1o 8441  df-2o 8442  df-er 8682  df-en 8932  df-dom 8933  df-sdom 8934  df-fin 8935  df-sup 9390  df-pnf 11233  df-mnf 11234  df-xr 11235  df-ltxr 11236  df-le 11237  df-sub 11431  df-neg 11432  df-div 11860  df-nn 12225  df-2 12294  df-3 12295  df-4 12296  df-n0 12496  df-z 12583  df-uz 12854  df-rp 13008  df-fz 13527  df-fzo 13674  df-seq 14029  df-exp 14089  df-cj 15140  df-re 15141  df-im 15142  df-sqrt 15276  df-abs 15277  df-dvds 16301  df-prm 16720

This theorem is referenced by:  nprmdvdsfacm1  48231