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Theorem pockthg 16232
Description: The generalized Pocklington's theorem. If 𝑁 − 1 = 𝐴 · 𝐵 where 𝐵 < 𝐴, then 𝑁 is prime if and only if for every prime factor 𝑝 of 𝐴, there is an 𝑥 such that 𝑥↑(𝑁 − 1) = 1( mod 𝑁) and gcd (𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝) − 1, 𝑁) = 1. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Mar-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
pockthg.1 (𝜑𝐴 ∈ ℕ)
pockthg.2 (𝜑𝐵 ∈ ℕ)
pockthg.3 (𝜑𝐵 < 𝐴)
pockthg.4 (𝜑𝑁 = ((𝐴 · 𝐵) + 1))
pockthg.5 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)))
Assertion
Ref Expression
pockthg (𝜑𝑁 ∈ ℙ)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑝,𝑁   𝐴,𝑝,𝑥   𝜑,𝑝,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐵(𝑥,𝑝)

Proof of Theorem pockthg
Dummy variable 𝑞 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 pockthg.4 . . 3 (𝜑𝑁 = ((𝐴 · 𝐵) + 1))
2 pockthg.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ ℕ)
3 pockthg.2 . . . . . . 7 (𝜑𝐵 ∈ ℕ)
42, 3nnmulcld 11678 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐴 · 𝐵) ∈ ℕ)
5 nnuz 12269 . . . . . 6 ℕ = (ℤ‘1)
64, 5eleqtrdi 2900 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 · 𝐵) ∈ (ℤ‘1))
7 eluzp1p1 12258 . . . . 5 ((𝐴 · 𝐵) ∈ (ℤ‘1) → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ∈ (ℤ‘(1 + 1)))
86, 7syl 17 . . . 4 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ∈ (ℤ‘(1 + 1)))
9 df-2 11688 . . . . 5 2 = (1 + 1)
109fveq2i 6648 . . . 4 (ℤ‘2) = (ℤ‘(1 + 1))
118, 10eleqtrrdi 2901 . . 3 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ∈ (ℤ‘2))
121, 11eqeltrd 2890 . 2 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘2))
13 eluzelre 12242 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℝ)
1412, 13syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
1514adantr 484 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑁 ∈ ℝ)
162nnred 11640 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
1716resqcld 13607 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴↑2) ∈ ℝ)
1817adantr 484 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴↑2) ∈ ℝ)
19 prmnn 16008 . . . . . . . . . 10 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℕ)
2019ad2antrl 727 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑞 ∈ ℕ)
2120nnred 11640 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑞 ∈ ℝ)
2221resqcld 13607 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑞↑2) ∈ ℝ)
23 pockthg.3 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 < 𝐴)
243nnred 11640 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
252nngt0d 11674 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 0 < 𝐴)
26 ltmul2 11480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝐴)) → (𝐵 < 𝐴 ↔ (𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴)))
2724, 16, 16, 25, 26syl112anc 1371 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐵 < 𝐴 ↔ (𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴)))
2823, 27mpbid 235 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴))
292, 2nnmulcld 11678 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐴 · 𝐴) ∈ ℕ)
30 nnltp1le 12026 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 · 𝐵) ∈ ℕ ∧ (𝐴 · 𝐴) ∈ ℕ) → ((𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴) ↔ ((𝐴 · 𝐵) + 1) ≤ (𝐴 · 𝐴)))
314, 29, 30syl2anc 587 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴) ↔ ((𝐴 · 𝐵) + 1) ≤ (𝐴 · 𝐴)))
3228, 31mpbid 235 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ≤ (𝐴 · 𝐴))
332nncnd 11641 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
3433sqvald 13503 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴↑2) = (𝐴 · 𝐴))
3532, 1, 343brtr4d 5062 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ≤ (𝐴↑2))
3635adantr 484 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑁 ≤ (𝐴↑2))
37 pockthg.5 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)))
3837adantr 484 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)))
39 prmnn 16008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℕ)
4039ad2antrl 727 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝 ∈ ℕ)
4140nncnd 11641 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝 ∈ ℂ)
4241exp1d 13501 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (𝑝↑1) = 𝑝)
43 nnge1 11653 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ → 1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
4443ad2antll 728 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
45 simprl 770 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝 ∈ ℙ)
462nnzd 12074 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝜑𝐴 ∈ ℤ)
4746ad2antrr 725 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝐴 ∈ ℤ)
48 1nn0 11901 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1 ∈ ℕ0
4948a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 1 ∈ ℕ0)
50 pcdvdsb 16195 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℕ0) → (1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑝↑1) ∥ 𝐴))
5145, 47, 49, 50syl3anc 1368 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑝↑1) ∥ 𝐴))
5244, 51mpbid 235 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (𝑝↑1) ∥ 𝐴)
5342, 52eqbrtrrd 5054 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝𝐴)
54 simpl1 1188 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝜑)
5554, 2syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝐴 ∈ ℕ)
5654, 3syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝐵 ∈ ℕ)
5754, 23syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝐵 < 𝐴)
5854, 1syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑁 = ((𝐴 · 𝐵) + 1))
59 simpl2l 1223 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑞 ∈ ℙ)
60 simpl2r 1224 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑞𝑁)
61 simpl3l 1225 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑝 ∈ ℙ)
62 simpl3r 1226 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)
63 simprl 770 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑥 ∈ ℤ)
64 simprrl 780 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → ((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1)
65 simprrr 781 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)
6655, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65pockthlem 16231 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))
6766rexlimdvaa 3244 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
68673expa 1115 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
6953, 68embantd 59 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
7069expr 460 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))))
71 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℙ)
72 prmuz2 16030 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ (ℤ‘2))
73 uz2m1nn 12311 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑞 ∈ (ℤ‘2) → (𝑞 − 1) ∈ ℕ)
7472, 73syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑞 ∈ ℙ → (𝑞 − 1) ∈ ℕ)
7574ad2antrl 727 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑞 − 1) ∈ ℕ)
76 pccl 16176 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑞 − 1) ∈ ℕ) → (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)) ∈ ℕ0)
7771, 75, 76syl2anr 599 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)) ∈ ℕ0)
7877nn0ge0d 11946 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))
79 breq1 5033 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑝 pCnt 𝐴) = 0 → ((𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)) ↔ 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8078, 79syl5ibrcom 250 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) = 0 → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8180a1dd 50 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) = 0 → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))))
82 simpr 488 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℙ)
832ad2antrr 725 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℕ)
8482, 83pccld 16177 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ0)
85 elnn0 11887 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ ∨ (𝑝 pCnt 𝐴) = 0))
8684, 85sylib 221 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ ∨ (𝑝 pCnt 𝐴) = 0))
8770, 81, 86mpjaod 857 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8887ralimdva 3144 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8938, 88mpd 15 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))
9075nnzd 12074 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑞 − 1) ∈ ℤ)
91 pc2dvds 16205 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝑞 − 1) ∈ ℤ) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
9246, 90, 91syl2an2r 684 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
9389, 92mpbird 260 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ∥ (𝑞 − 1))
94 dvdsle 15652 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝑞 − 1) ∈ ℕ) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) → 𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
9546, 75, 94syl2an2r 684 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) → 𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
9693, 95mpd 15 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ≤ (𝑞 − 1))
972nnnn0d 11943 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ ℕ0)
9820nnnn0d 11943 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑞 ∈ ℕ0)
99 nn0ltlem1 12030 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℕ0𝑞 ∈ ℕ0) → (𝐴 < 𝑞𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
10097, 98, 99syl2an2r 684 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 < 𝑞𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
10196, 100mpbird 260 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 < 𝑞)
10216adantr 484 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ∈ ℝ)
10397nn0ge0d 11946 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
104103adantr 484 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 0 ≤ 𝐴)
10598nn0ge0d 11946 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 0 ≤ 𝑞)
106102, 21, 104, 105lt2sqd 13615 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 < 𝑞 ↔ (𝐴↑2) < (𝑞↑2)))
107101, 106mpbid 235 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴↑2) < (𝑞↑2))
10815, 18, 22, 36, 107lelttrd 10787 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑁 < (𝑞↑2))
10915, 22ltnled 10776 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑁 < (𝑞↑2) ↔ ¬ (𝑞↑2) ≤ 𝑁))
110108, 109mpbid 235 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → ¬ (𝑞↑2) ≤ 𝑁)
111110expr 460 . . . 4 ((𝜑𝑞 ∈ ℙ) → (𝑞𝑁 → ¬ (𝑞↑2) ≤ 𝑁))
112111con2d 136 . . 3 ((𝜑𝑞 ∈ ℙ) → ((𝑞↑2) ≤ 𝑁 → ¬ 𝑞𝑁))
113112ralrimiva 3149 . 2 (𝜑 → ∀𝑞 ∈ ℙ ((𝑞↑2) ≤ 𝑁 → ¬ 𝑞𝑁))
114 isprm5 16041 . 2 (𝑁 ∈ ℙ ↔ (𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ ∀𝑞 ∈ ℙ ((𝑞↑2) ≤ 𝑁 → ¬ 𝑞𝑁)))
11512, 113, 114sylanbrc 586 1 (𝜑𝑁 ∈ ℙ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 209  wa 399  wo 844  w3a 1084   = wceq 1538  wcel 2111  wral 3106  wrex 3107   class class class wbr 5030  cfv 6324  (class class class)co 7135  cr 10525  0cc0 10526  1c1 10527   + caddc 10529   · cmul 10531   < clt 10664  cle 10665  cmin 10859   / cdiv 11286  cn 11625  2c2 11680  0cn0 11885  cz 11969  cuz 12231   mod cmo 13232  cexp 13425  cdvds 15599   gcd cgcd 15833  cprime 16005   pCnt cpc 16163
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5154  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603  ax-pre-sup 10604
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4801  df-int 4839  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-tr 5137  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6116  df-ord 6162  df-on 6163  df-lim 6164  df-suc 6165  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-om 7561  df-1st 7671  df-2nd 7672  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-1o 8085  df-2o 8086  df-oadd 8089  df-er 8272  df-map 8391  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-fin 8496  df-sup 8890  df-inf 8891  df-dju 9314  df-card 9352  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-div 11287  df-nn 11626  df-2 11688  df-3 11689  df-n0 11886  df-xnn0 11956  df-z 11970  df-uz 12232  df-q 12337  df-rp 12378  df-fz 12886  df-fzo 13029  df-fl 13157  df-mod 13233  df-seq 13365  df-exp 13426  df-hash 13687  df-cj 14450  df-re 14451  df-im 14452  df-sqrt 14586  df-abs 14587  df-dvds 15600  df-gcd 15834  df-prm 16006  df-odz 16092  df-phi 16093  df-pc 16164
This theorem is referenced by:  pockthi  16233  proththd  44127
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