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Theorem ppidif 25752
 Description: The difference of the prime-counting function π at two points counts the number of primes in an interval. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Sep-2014.)
Assertion
Ref Expression
ppidif (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → ((π𝑁) − (π𝑀)) = (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)))

Proof of Theorem ppidif
StepHypRef Expression
1 eluzelz 12245 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
2 eluzel2 12240 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
3 2z 12006 . . . . . . 7 2 ∈ ℤ
4 ifcl 4472 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ) → if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ∈ ℤ)
52, 3, 4sylancl 589 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ∈ ℤ)
63a1i 11 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 2 ∈ ℤ)
72zred 12079 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
8 2re 11703 . . . . . . 7 2 ∈ ℝ
9 min2 12575 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℝ) → if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ≤ 2)
107, 8, 9sylancl 589 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ≤ 2)
11 eluz2 12241 . . . . . 6 (2 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)) ↔ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ ∧ if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ≤ 2))
125, 6, 10, 11syl3anbrc 1340 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 2 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)))
13 ppival2g 25718 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2))) → (π𝑁) = (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) ∩ ℙ)))
141, 12, 13syl2anc 587 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (π𝑁) = (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) ∩ ℙ)))
15 min1 12574 . . . . . . . . . . 11 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℝ) → if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ≤ 𝑀)
167, 8, 15sylancl 589 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ≤ 𝑀)
17 eluz2 12241 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)) ↔ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2) ≤ 𝑀))
185, 2, 16, 17syl3anbrc 1340 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)))
19 id 22 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑁 ∈ (ℤ𝑀))
20 elfzuzb 12900 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) ↔ (𝑀 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ𝑀)))
2118, 19, 20sylanbrc 586 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁))
22 fzsplit 12932 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) → (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) = ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∪ ((𝑀 + 1)...𝑁)))
2321, 22syl 17 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) = ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∪ ((𝑀 + 1)...𝑁)))
2423ineq1d 4141 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) ∩ ℙ) = (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∪ ((𝑀 + 1)...𝑁)) ∩ ℙ))
25 indir 4205 . . . . . 6 (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∪ ((𝑀 + 1)...𝑁)) ∩ ℙ) = (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∪ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))
2624, 25eqtrdi 2852 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) ∩ ℙ) = (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∪ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)))
2726fveq2d 6653 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑁) ∩ ℙ)) = (♯‘(((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∪ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))))
28 fzfi 13339 . . . . . 6 (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∈ Fin
29 inss1 4158 . . . . . 6 ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ⊆ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀)
30 ssfi 8726 . . . . . 6 (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∈ Fin ∧ ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ⊆ (if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀)) → ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∈ Fin)
3128, 29, 30mp2an 691 . . . . 5 ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∈ Fin
32 fzfi 13339 . . . . . 6 ((𝑀 + 1)...𝑁) ∈ Fin
33 inss1 4158 . . . . . 6 (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ) ⊆ ((𝑀 + 1)...𝑁)
34 ssfi 8726 . . . . . 6 ((((𝑀 + 1)...𝑁) ∈ Fin ∧ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ) ⊆ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ) ∈ Fin)
3532, 33, 34mp2an 691 . . . . 5 (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ) ∈ Fin
367ltp1d 11563 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 < (𝑀 + 1))
37 fzdisj 12933 . . . . . . . 8 (𝑀 < (𝑀 + 1) → ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ((𝑀 + 1)...𝑁)) = ∅)
3836, 37syl 17 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → ((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ((𝑀 + 1)...𝑁)) = ∅)
3938ineq1d 4141 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ((𝑀 + 1)...𝑁)) ∩ ℙ) = (∅ ∩ ℙ))
40 inindir 4157 . . . . . 6 (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ((𝑀 + 1)...𝑁)) ∩ ℙ) = (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∩ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))
41 0in 4304 . . . . . 6 (∅ ∩ ℙ) = ∅
4239, 40, 413eqtr3g 2859 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∩ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)) = ∅)
43 hashun 13743 . . . . 5 ((((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∈ Fin ∧ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ) ∈ Fin ∧ (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∩ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)) = ∅) → (♯‘(((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∪ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))) = ((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) + (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))))
4431, 35, 42, 43mp3an12i 1462 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (♯‘(((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∪ (((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))) = ((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) + (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))))
4514, 27, 443eqtrd 2840 . . 3 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (π𝑁) = ((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) + (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))))
46 ppival2g 25718 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2))) → (π𝑀) = (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)))
472, 12, 46syl2anc 587 . . 3 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (π𝑀) = (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)))
4845, 47oveq12d 7157 . 2 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → ((π𝑁) − (π𝑀)) = (((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) + (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))) − (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ))))
49 hashcl 13717 . . . . 5 (((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ) ∈ Fin → (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) ∈ ℕ0)
5031, 49ax-mp 5 . . . 4 (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) ∈ ℕ0
5150nn0cni 11901 . . 3 (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) ∈ ℂ
52 hashcl 13717 . . . . 5 ((((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ) ∈ Fin → (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)) ∈ ℕ0)
5335, 52ax-mp 5 . . . 4 (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)) ∈ ℕ0
5453nn0cni 11901 . . 3 (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)) ∈ ℂ
55 pncan2 10886 . . 3 (((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) ∈ ℂ ∧ (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)) ∈ ℂ) → (((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) + (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))) − (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ))) = (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)))
5651, 54, 55mp2an 691 . 2 (((♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ)) + (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))) − (♯‘((if(𝑀 ≤ 2, 𝑀, 2)...𝑀) ∩ ℙ))) = (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ))
5748, 56eqtrdi 2852 1 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → ((π𝑁) − (π𝑀)) = (♯‘(((𝑀 + 1)...𝑁) ∩ ℙ)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1538   ∈ wcel 2112   ∪ cun 3882   ∩ cin 3883   ⊆ wss 3884  ∅c0 4246  ifcif 4428   class class class wbr 5033  ‘cfv 6328  (class class class)co 7139  Fincfn 8496  ℂcc 10528  ℝcr 10529  1c1 10531   + caddc 10533   < clt 10668   ≤ cle 10669   − cmin 10863  2c2 11684  ℕ0cn0 11889  ℤcz 11973  ℤ≥cuz 12235  ...cfz 12889  ♯chash 13690  ℙcprime 16009  πcppi 25683 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 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607  ax-pre-sup 10608 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 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-int 4842  df-iun 4886  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-1o 8089  df-2o 8090  df-oadd 8093  df-er 8276  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-fin 8500  df-sup 8894  df-inf 8895  df-dju 9318  df-card 9356  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-div 11291  df-nn 11630  df-2 11692  df-3 11693  df-n0 11890  df-z 11974  df-uz 12236  df-rp 12382  df-icc 12737  df-fz 12890  df-fl 13161  df-seq 13369  df-exp 13430  df-hash 13691  df-cj 14454  df-re 14455  df-im 14456  df-sqrt 14590  df-abs 14591  df-dvds 15604  df-prm 16010  df-ppi 25689 This theorem is referenced by:  ppiub  25792  chtppilimlem1  26061
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