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

Theorem pclem 17016
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 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑁}
Assertion
Ref Expression
pclem ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝐴 ⊆ ℤ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
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 ∣ (𝑃↑𝑛) ∥ 𝑁}
21ssrab3 4030 . . . 4 𝐴 ⊆ ℕ0
3 nn0ssz 12716 . . . 4 ℕ0 ⊆ ℤ
42, 3sstri 3940 . . 3 𝐴 ⊆ ℤ
54a1i 11 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝐴 ⊆ ℤ)
6 0nn0 12621 . . . . 5 0 ∈ ℕ0
76a1i 11 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 0 ∈ ℕ0)
8 eluzelcn 12977 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℂ)
98adantr 486 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℂ)
109exp0d 14283 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃↑0) = 1)
11 1dvds 16440 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → 1 ∥ 𝑁)
1211ad2antrl 741 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 1 ∥ 𝑁)
1310, 12eqbrtrd 5127 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃↑0) ∥ 𝑁)
14 oveq2 7428 . . . . . 6 (𝑛 = 0 → (𝑃↑𝑛) = (𝑃↑0))
1514breq1d 5113 . . . . 5 (𝑛 = 0 → ((𝑃↑𝑛) ∥ 𝑁 ↔ (𝑃↑0) ∥ 𝑁))
1615, 1elrab2 3649 . . . 4 (0 ∈ 𝐴 ↔ (0 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃↑0) ∥ 𝑁))
177, 13, 16sylanbrc 595 . . 3 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 0 ∈ 𝐴)
1817ne0d 4288 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝐴 ≠ ∅)
19 nnssz 12715 . . 3 ℕ ⊆ ℤ
20 zcn 12698 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
2120abscld 15606 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
2221ad2antrl 741 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
23 eluzelre 12976 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℝ)
2423adantr 486 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℝ)
25 eluz2gt1 13047 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 1 < 𝑃)
2625adantr 486 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 1 < 𝑃)
27 expnbnd 14376 . . . . 5 (((abs‘𝑁) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝑃) → ∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥))
2822, 24, 26, 27syl3anc 1398 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥))
29 simprr 785 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑦 ∈ 𝐴)
30 oveq2 7428 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑦 → (𝑃↑𝑛) = (𝑃↑𝑦))
3130breq1d 5113 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑦 → ((𝑃↑𝑛) ∥ 𝑁 ↔ (𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁))
3231, 1elrab2 3649 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ 𝐴 ↔ (𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁))
3329, 32sylib 221 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁))
3433simprd 501 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁)
35 eluz2nn 13015 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℕ)
3635ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑃 ∈ ℕ)
3733simpld 500 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑦 ∈ ℕ0)
3836, 37nnexpcld 14389 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑦) ∈ ℕ)
3938nnzd 12719 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑦) ∈ ℤ)
40 simplrl 789 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑁 ∈ ℤ)
41 simplrr 790 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑁 ≠ 0)
42 dvdsleabs 16481 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃↑𝑦) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0) → ((𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁 → (𝑃↑𝑦) ≤ (abs‘𝑁)))
4339, 40, 41, 42syl3anc 1398 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → ((𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁 → (𝑃↑𝑦) ≤ (abs‘𝑁)))
4434, 43mpd 16 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑦) ≤ (abs‘𝑁))
4538nnred 12350 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑦) ∈ ℝ)
4622adantr 486 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
4723ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑃 ∈ ℝ)
48 nnnn0 12613 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℕ0)
4948ad2antrl 741 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℕ0)
5047, 49reexpcld 14306 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑥) ∈ ℝ)
51 lelttr 11400 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃↑𝑦) ∈ ℝ ∧ (abs‘𝑁) ∈ ℝ ∧ (𝑃↑𝑥) ∈ ℝ) → (((𝑃↑𝑦) ≤ (abs‘𝑁) ∧ (abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥)) → (𝑃↑𝑦) < (𝑃↑𝑥)))
5245, 46, 50, 51syl3anc 1398 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (((𝑃↑𝑦) ≤ (abs‘𝑁) ∧ (abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥)) → (𝑃↑𝑦) < (𝑃↑𝑥)))
5344, 52mpand 708 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → ((abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → (𝑃↑𝑦) < (𝑃↑𝑥)))
5437nn0zd 12718 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑦 ∈ ℤ)
55 nnz 12714 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℤ)
5655ad2antrl 741 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℤ)
5725ad2antrr 739 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 1 < 𝑃)
5847, 54, 56, 57ltexp2d 14395 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑦 < 𝑥 ↔ (𝑃↑𝑦) < (𝑃↑𝑥)))
5953, 58sylibrd 262 . . . . . . . 8 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → ((abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → 𝑦 < 𝑥))
6037nn0red 12668 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑦 ∈ ℝ)
61 nnre 12342 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℝ)
6261ad2antrl 741 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℝ)
63 ltle 11398 . . . . . . . . 9 ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 → 𝑦 ≤ 𝑥))
6460, 62, 63syl2anc 596 . . . . . . . 8 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑦 < 𝑥 → 𝑦 ≤ 𝑥))
6559, 64syld 48 . . . . . . 7 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → ((abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → 𝑦 ≤ 𝑥))
6665anassrs 473 . . . . . 6 ((((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → ((abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → 𝑦 ≤ 𝑥))
6766ralrimdva 3163 . . . . 5 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
6867reximdva 3176 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℕ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
6928, 68mpd 16 . . 3 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃𝑥 ∈ ℕ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥)
70 ssrexv 4001 . . 3 (ℕ ⊆ ℤ → (∃𝑥 ∈ ℕ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
7119, 69, 70mpsyl 69 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥)
725, 18, 713jca 1146 1 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝐴 ⊆ ℤ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  ∀wral 3077  ∃wrex 3087  {crab 3413   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279   class class class wbr 5103  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11198  ℝcr 11199  0cc0 11200  1c1 11201   < clt 11343   ≤ cle 11344  ℕcn 12335  2c2 12397  ℕ0cn0 12606  ℤcz 12693  ℤ≥cuz 12965  ↑cexp 14204  abscabs 15401   ∥ cdvds 16422
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277  ax-pre-sup 11278
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-sup 9434  df-inf 9435  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-div 11974  df-nn 12336  df-2 12405  df-3 12406  df-n0 12607  df-z 12694  df-uz 12966  df-rp 13121  df-fl 13932  df-seq 14145  df-exp 14205  df-cj 15266  df-re 15267  df-im 15268  df-sqrt 15402  df-abs 15403  df-dvds 16423
This theorem is used by:  pcprecl  17017  pcprendvds  17018  pcpremul  17021
  Copyright terms: Public domain W3C validator