Theorem prmdvdsfmtnof 48315

Description: The mapping of a Fermat number to its smallest prime factor is a function. (Contributed by AV, 4-Aug-2021.) (Proof shortened by II, 16-Feb-2023.)

Hypothesis

Ref	Expression
prmdvdsfmtnof.1	⊢ 𝐹 = (𝑓 ∈ ran FermatNo ↦ inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ))

Assertion

Ref	Expression
prmdvdsfmtnof	⊢ 𝐹:ran FermatNo⟶ℙ

Distinct variable group:   𝑓,𝑝

Allowed substitution hints:   𝐹(𝑓,𝑝)

Proof of Theorem prmdvdsfmtnof

Dummy variable 𝑛 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		prmdvdsfmtnof.1	. 2 ⊢ 𝐹 = (𝑓 ∈ ran FermatNo ↦ inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ))
2		fmtnorn 48263	. . 3 ⊢ (𝑓 ∈ ran FermatNo ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ0 (FermatNo‘𝑛) = 𝑓)
3		ltso 11291	. . . . . 6 ⊢ < Or ℝ
4	3	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → < Or ℝ)
5		fmtnoge3 48259	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (FermatNo‘𝑛) ∈ (ℤ≥‘3))
6	5	adantr 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → (FermatNo‘𝑛) ∈ (ℤ≥‘3))
7		eleq1 2851	. . . . . . . . 9 ⊢ ((FermatNo‘𝑛) = 𝑓 → ((FermatNo‘𝑛) ∈ (ℤ≥‘3) ↔ 𝑓 ∈ (ℤ≥‘3)))
8	7	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → ((FermatNo‘𝑛) ∈ (ℤ≥‘3) ↔ 𝑓 ∈ (ℤ≥‘3)))
9	6, 8	mpbid 235	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → 𝑓 ∈ (ℤ≥‘3))
10		uzuzle23 12909	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 ∈ (ℤ≥‘3) → 𝑓 ∈ (ℤ≥‘2))
11	9, 10	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → 𝑓 ∈ (ℤ≥‘2))
12		eluz2nn 12913	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑓 ∈ ℕ)
13		prmdvdsfi 27249	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 ∈ ℕ → {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ∈ Fin)
14	11, 12, 13	3syl 19	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ∈ Fin)
15		exprmfct 16764	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 ∈ (ℤ≥‘2) → ∃𝑝 ∈ ℙ 𝑝 ∥ 𝑓)
16	11, 15	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → ∃𝑝 ∈ ℙ 𝑝 ∥ 𝑓)
17		rabn0 4347	. . . . . 6 ⊢ ({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ≠ ∅ ↔ ∃𝑝 ∈ ℙ 𝑝 ∥ 𝑓)
18	16, 17	sylibr 237	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ≠ ∅)
19		ssrab2 4035	. . . . . . 7 ⊢ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ⊆ ℙ
20		prmssnn 16735	. . . . . . . 8 ⊢ ℙ ⊆ ℕ
21		nnssre 12238	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ⊆ ℝ
22	20, 21	sstri 3947	. . . . . . 7 ⊢ ℙ ⊆ ℝ
23	19, 22	sstri 3947	. . . . . 6 ⊢ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ⊆ ℝ
24	23	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ⊆ ℝ)
25		fiinfcl 9464	. . . . . 6 ⊢ (( < Or ℝ ∧ ({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ∈ Fin ∧ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ≠ ∅ ∧ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ⊆ ℝ)) → inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ) ∈ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓})
26	19, 25	sselid 3936	. . . . 5 ⊢ (( < Or ℝ ∧ ({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ∈ Fin ∧ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ≠ ∅ ∧ {𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓} ⊆ ℝ)) → inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ) ∈ ℙ)
27	4, 14, 18, 24, 26	syl13anc 1399	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (FermatNo‘𝑛) = 𝑓) → inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ) ∈ ℙ)
28	27	rexlimiva 3158	. . 3 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℕ0 (FermatNo‘𝑛) = 𝑓 → inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ) ∈ ℙ)
29	2, 28	sylbi 220	. 2 ⊢ (𝑓 ∈ ran FermatNo → inf({𝑝 ∈ ℙ ∣ 𝑝 ∥ 𝑓}, ℝ, < ) ∈ ℙ)
30	1, 29	fmpti 7109	1 ⊢ 𝐹:ran FermatNo⟶ℙ

Syntax hints:   ↔ wb 209   ∧ wa 400   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2143   ≠ wne 2958  ∃wrex 3089  {crab 3416   ⊆ wss 3906  ∅c0 4287   class class class wbr 5110   ↦ cmpt 5193   Or wor 5570  ran crn 5664  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  Fincfn 8944  infcinf 9402  ℝcr 11100   < clt 11244  ℕcn 12234  2c2 12296  3c3 12297  ℕ₀cn0 12505  ℤ_≥cuz 12863   ∥ cdvds 16311  ℙcprime 16730  FermatNocfmtno 48256

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5258  ax-nul 5270  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7734  ax-cnex 11157  ax-resscn 11158  ax-1cn 11159  ax-icn 11160  ax-addcl 11161  ax-addrcl 11162  ax-mulcl 11163  ax-mulrcl 11164  ax-mulcom 11165  ax-addass 11166  ax-mulass 11167  ax-distr 11168  ax-i2m1 11169  ax-1ne0 11170  ax-1rid 11171  ax-rnegex 11172  ax-rrecex 11173  ax-cnre 11174  ax-pre-lttri 11175  ax-pre-lttrn 11176  ax-pre-ltadd 11177  ax-pre-mulgt0 11178  ax-pre-sup 11179

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3746  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4591  df-pr 4593  df-op 4597  df-uni 4874  df-iun 4959  df-br 5111  df-opab 5175  df-mpt 5194  df-tr 5220  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  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 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8279  df-wrecs 8310  df-recs 8359  df-rdg 8398  df-1o 8454  df-2o 8455  df-er 8695  df-en 8945  df-dom 8946  df-sdom 8947  df-fin 8948  df-sup 9403  df-inf 9404  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11444  df-neg 11445  df-div 11873  df-nn 12235  df-2 12304  df-3 12305  df-n0 12506  df-z 12593  df-uz 12864  df-rp 13018  df-fz 13537  df-seq 14040  df-exp 14100  df-cj 15152  df-re 15153  df-im 15154  df-sqrt 15288  df-abs 15289  df-dvds 16312  df-prm 16731  df-fmtno 48257

This theorem is referenced by:  prmdvdsfmtnof1  48316