MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  pclem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem pclem 15836
Description: - Lemma for the prime power pre-function's properties. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Feb-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
pclem.1 𝐴 = {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃𝑛) ∥ 𝑁}
Assertion
Ref Expression
pclem ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝐴 ⊆ ℤ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝑛,𝑦,𝑁   𝑃,𝑛,𝑥,𝑦
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑛)

Proof of Theorem pclem
StepHypRef Expression
1 pclem.1 . . . . 5 𝐴 = {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃𝑛) ∥ 𝑁}
2 ssrab2 3849 . . . . 5 {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑃𝑛) ∥ 𝑁} ⊆ ℕ0
31, 2eqsstri 3797 . . . 4 𝐴 ⊆ ℕ0
4 nn0ssz 11650 . . . 4 0 ⊆ ℤ
53, 4sstri 3772 . . 3 𝐴 ⊆ ℤ
65a1i 11 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝐴 ⊆ ℤ)
7 0nn0 11559 . . . . 5 0 ∈ ℕ0
87a1i 11 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 0 ∈ ℕ0)
9 eluzelcn 11903 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ (ℤ‘2) → 𝑃 ∈ ℂ)
109adantr 472 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℂ)
1110exp0d 13214 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃↑0) = 1)
12 1dvds 15295 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → 1 ∥ 𝑁)
1312ad2antrl 719 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 1 ∥ 𝑁)
1411, 13eqbrtrd 4833 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃↑0) ∥ 𝑁)
15 oveq2 6854 . . . . . 6 (𝑛 = 0 → (𝑃𝑛) = (𝑃↑0))
1615breq1d 4821 . . . . 5 (𝑛 = 0 → ((𝑃𝑛) ∥ 𝑁 ↔ (𝑃↑0) ∥ 𝑁))
1716, 1elrab2 3525 . . . 4 (0 ∈ 𝐴 ↔ (0 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃↑0) ∥ 𝑁))
188, 14, 17sylanbrc 578 . . 3 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 0 ∈ 𝐴)
1918ne0d 4088 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝐴 ≠ ∅)
20 nnssz 11648 . . 3 ℕ ⊆ ℤ
21 zcn 11633 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
2221abscld 14474 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
2322ad2antrl 719 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
24 eluzelre 11902 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (ℤ‘2) → 𝑃 ∈ ℝ)
2524adantr 472 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℝ)
26 eluz2b2 11967 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ (ℤ‘2) ↔ (𝑃 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑃))
2726simprbi 490 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (ℤ‘2) → 1 < 𝑃)
2827adantr 472 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 1 < 𝑃)
29 expnbnd 13205 . . . . 5 (((abs‘𝑁) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝑃) → ∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃𝑥))
3023, 25, 28, 29syl3anc 1490 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃𝑥))
31 simprr 789 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑦𝐴)
32 oveq2 6854 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑦 → (𝑃𝑛) = (𝑃𝑦))
3332breq1d 4821 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑦 → ((𝑃𝑛) ∥ 𝑁 ↔ (𝑃𝑦) ∥ 𝑁))
3433, 1elrab2 3525 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦𝐴 ↔ (𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃𝑦) ∥ 𝑁))
3531, 34sylib 209 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃𝑦) ∥ 𝑁))
3635simprd 489 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑃𝑦) ∥ 𝑁)
37 eluz2nn 11931 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑃 ∈ (ℤ‘2) → 𝑃 ∈ ℕ)
3837ad2antrr 717 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑃 ∈ ℕ)
3935simpld 488 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑦 ∈ ℕ0)
4038, 39nnexpcld 13242 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑃𝑦) ∈ ℕ)
4140nnzd 11733 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑃𝑦) ∈ ℤ)
42 simplrl 795 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑁 ∈ ℤ)
43 simplrr 796 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑁 ≠ 0)
44 dvdsleabs 15332 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃𝑦) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0) → ((𝑃𝑦) ∥ 𝑁 → (𝑃𝑦) ≤ (abs‘𝑁)))
4541, 42, 43, 44syl3anc 1490 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → ((𝑃𝑦) ∥ 𝑁 → (𝑃𝑦) ≤ (abs‘𝑁)))
4636, 45mpd 15 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑃𝑦) ≤ (abs‘𝑁))
4740nnred 11295 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑃𝑦) ∈ ℝ)
4823adantr 472 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
4924ad2antrr 717 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑃 ∈ ℝ)
50 nnnn0 11550 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℕ0)
5150ad2antrl 719 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑥 ∈ ℕ0)
5249, 51reexpcld 13237 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑃𝑥) ∈ ℝ)
53 lelttr 10386 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃𝑦) ∈ ℝ ∧ (abs‘𝑁) ∈ ℝ ∧ (𝑃𝑥) ∈ ℝ) → (((𝑃𝑦) ≤ (abs‘𝑁) ∧ (abs‘𝑁) < (𝑃𝑥)) → (𝑃𝑦) < (𝑃𝑥)))
5447, 48, 52, 53syl3anc 1490 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (((𝑃𝑦) ≤ (abs‘𝑁) ∧ (abs‘𝑁) < (𝑃𝑥)) → (𝑃𝑦) < (𝑃𝑥)))
5546, 54mpand 686 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → ((abs‘𝑁) < (𝑃𝑥) → (𝑃𝑦) < (𝑃𝑥)))
5639nn0zd 11732 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑦 ∈ ℤ)
57 nnz 11651 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℤ)
5857ad2antrl 719 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑥 ∈ ℤ)
5927ad2antrr 717 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 1 < 𝑃)
6049, 56, 58, 59ltexp2d 13250 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑦 < 𝑥 ↔ (𝑃𝑦) < (𝑃𝑥)))
6155, 60sylibrd 250 . . . . . . . 8 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → ((abs‘𝑁) < (𝑃𝑥) → 𝑦 < 𝑥))
6239nn0red 11603 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑦 ∈ ℝ)
63 nnre 11286 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℝ)
6463ad2antrl 719 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → 𝑥 ∈ ℝ)
65 ltle 10384 . . . . . . . . 9 ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥𝑦𝑥))
6662, 64, 65syl2anc 579 . . . . . . . 8 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → (𝑦 < 𝑥𝑦𝑥))
6761, 66syld 47 . . . . . . 7 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦𝐴)) → ((abs‘𝑁) < (𝑃𝑥) → 𝑦𝑥))
6867anassrs 459 . . . . . 6 ((((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) ∧ 𝑦𝐴) → ((abs‘𝑁) < (𝑃𝑥) → 𝑦𝑥))
6968ralrimdva 3116 . . . . 5 (((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((abs‘𝑁) < (𝑃𝑥) → ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥))
7069reximdva 3163 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℕ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥))
7130, 70mpd 15 . . 3 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃𝑥 ∈ ℕ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥)
72 ssrexv 3829 . . 3 (ℕ ⊆ ℤ → (∃𝑥 ∈ ℕ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥))
7320, 71, 72mpsyl 68 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥)
746, 19, 733jca 1158 1 ((𝑃 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝐴 ⊆ ℤ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦𝐴 𝑦𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 384  w3a 1107   = wceq 1652  wcel 2155  wne 2937  wral 3055  wrex 3056  {crab 3059  wss 3734  c0 4081   class class class wbr 4811  cfv 6070  (class class class)co 6846  cc 10191  cr 10192  0cc0 10193  1c1 10194   < clt 10332  cle 10333  cn 11278  2c2 11331  0cn0 11542  cz 11628  cuz 11891  cexp 13072  abscabs 14273  cdvds 15279
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-sep 4943  ax-nul 4951  ax-pow 5003  ax-pr 5064  ax-un 7151  ax-cnex 10249  ax-resscn 10250  ax-1cn 10251  ax-icn 10252  ax-addcl 10253  ax-addrcl 10254  ax-mulcl 10255  ax-mulrcl 10256  ax-mulcom 10257  ax-addass 10258  ax-mulass 10259  ax-distr 10260  ax-i2m1 10261  ax-1ne0 10262  ax-1rid 10263  ax-rnegex 10264  ax-rrecex 10265  ax-cnre 10266  ax-pre-lttri 10267  ax-pre-lttrn 10268  ax-pre-ltadd 10269  ax-pre-mulgt0 10270  ax-pre-sup 10271
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3599  df-csb 3694  df-dif 3737  df-un 3739  df-in 3741  df-ss 3748  df-pss 3750  df-nul 4082  df-if 4246  df-pw 4319  df-sn 4337  df-pr 4339  df-tp 4341  df-op 4343  df-uni 4597  df-iun 4680  df-br 4812  df-opab 4874  df-mpt 4891  df-tr 4914  df-id 5187  df-eprel 5192  df-po 5200  df-so 5201  df-fr 5238  df-we 5240  df-xp 5285  df-rel 5286  df-cnv 5287  df-co 5288  df-dm 5289  df-rn 5290  df-res 5291  df-ima 5292  df-pred 5867  df-ord 5913  df-on 5914  df-lim 5915  df-suc 5916  df-iota 6033  df-fun 6072  df-fn 6073  df-f 6074  df-f1 6075  df-fo 6076  df-f1o 6077  df-fv 6078  df-riota 6807  df-ov 6849  df-oprab 6850  df-mpt2 6851  df-om 7268  df-2nd 7371  df-wrecs 7614  df-recs 7676  df-rdg 7714  df-er 7951  df-en 8165  df-dom 8166  df-sdom 8167  df-sup 8559  df-inf 8560  df-pnf 10334  df-mnf 10335  df-xr 10336  df-ltxr 10337  df-le 10338  df-sub 10526  df-neg 10527  df-div 10943  df-nn 11279  df-2 11339  df-3 11340  df-n0 11543  df-z 11629  df-uz 11892  df-rp 12034  df-fl 12806  df-seq 13014  df-exp 13073  df-cj 14138  df-re 14139  df-im 14140  df-sqrt 14274  df-abs 14275  df-dvds 15280
This theorem is referenced by:  pcprecl  15837  pcprendvds  15838  pcpremul  15841
  Copyright terms: Public domain W3C validator