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

Theorem pclem 17060
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 4010 . . . 4 𝐴 ⊆ ℕ0
3 nn0ssz 12756 . . . 4 ℕ0 ⊆ ℤ
42, 3sstri 3922 . . 3 𝐴 ⊆ ℤ
54a1i 11 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝐴 ⊆ ℤ)
6 0nn0 12661 . . . . 5 0 ∈ ℕ0
76a1i 11 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 0 ∈ ℕ0)
8 eluzelcn 13017 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℂ)
98adantr 486 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℂ)
109exp0d 14323 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃↑0) = 1)
11 1dvds 16484 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → 1 ∥ 𝑁)
1211ad2antrl 741 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 1 ∥ 𝑁)
1310, 12eqbrtrd 5133 . . . 4 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (𝑃↑0) ∥ 𝑁)
14 oveq2 7459 . . . . . 6 (𝑛 = 0 → (𝑃↑𝑛) = (𝑃↑0))
1514breq1d 5118 . . . . 5 (𝑛 = 0 → ((𝑃↑𝑛) ∥ 𝑁 ↔ (𝑃↑0) ∥ 𝑁))
1615, 1elrab2 3652 . . . 4 (0 ∈ 𝐴 ↔ (0 ∈ ℕ0 ∧ (𝑃↑0) ∥ 𝑁))
177, 13, 16sylanbrc 595 . . 3 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 0 ∈ 𝐴)
1817ne0d 4291 . 2 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝐴 ≠ ∅)
19 nnssz 12755 . . 3 ℕ ⊆ ℤ
20 zcn 12738 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
2120abscld 15650 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
2221ad2antrl 741 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → (abs‘𝑁) ∈ ℝ)
23 eluzelre 13016 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑃 ∈ ℝ)
2423adantr 486 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 𝑃 ∈ ℝ)
25 eluz2gt1 13087 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) → 1 < 𝑃)
2625adantr 486 . . . . 5 ((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) → 1 < 𝑃)
27 expnbnd 14417 . . . . 5 (((abs‘𝑁) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝑃) → ∃𝑥 ∈ ℕ (abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥))
2822, 24, 26, 27syl3anc 1399 . . . 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 7459 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑦 → (𝑃↑𝑛) = (𝑃↑𝑦))
3130breq1d 5118 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑦 → ((𝑃↑𝑛) ∥ 𝑁 ↔ (𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁))
3231, 1elrab2 3652 . . . . . . . . . . . . 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 13055 . . . . . . . . . . . . . . 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 14430 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑦) ∈ ℕ)
3938nnzd 12759 . . . . . . . . . . . 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 16525 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃↑𝑦) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0) → ((𝑃↑𝑦) ∥ 𝑁 → (𝑃↑𝑦) ≤ (abs‘𝑁)))
4339, 40, 41, 42syl3anc 1399 . . . . . . . . . . 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 12390 . . . . . . . . . . 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 12653 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℕ0)
4948ad2antrl 741 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℕ0)
5047, 49reexpcld 14346 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → (𝑃↑𝑥) ∈ ℝ)
51 lelttr 11439 . . . . . . . . . . 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 1399 . . . . . . . . . 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 12758 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑦 ∈ ℤ)
55 nnz 12754 . . . . . . . . . . 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 14436 . . . . . . . . 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 12708 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑦 ∈ ℝ)
61 nnre 12382 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℝ)
6261ad2antrl 741 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ (𝑥 ∈ ℕ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℝ)
63 ltle 11437 . . . . . . . . 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 3166 . . . . 5 (((𝑃 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ≠ 0)) ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((abs‘𝑁) < (𝑃↑𝑥) → ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
6867reximdva 3179 . . . 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 3983 . . 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 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080  ∃wrex 3090  {crab 3416   ⊆ wss 3900  ∅c0 4281   class class class wbr 5108  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  ℂcc 11237  ℝcr 11238  0cc0 11239  1c1 11240   < clt 11382   ≤ cle 11383  ℕcn 12375  2c2 12437  ℕ0cn0 12646  ℤcz 12733  ℤ≥cuz 13005  ↑cexp 14244  abscabs 15444   ∥ cdvds 16466
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-er 8755  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-sup 9471  df-inf 9472  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-n0 12647  df-z 12734  df-uz 13006  df-rp 13161  df-fl 13972  df-seq 14185  df-exp 14245  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-sqrt 15445  df-abs 15446  df-dvds 16467
This theorem is used by:  pcprecl  17061  pcprendvds  17062  pcpremul  17065
  Copyright terms: Public domain W3C validator