Theorem prmgap 16971

Description: The prime gap theorem: for each positive integer there are (at least) two successive primes with a difference ("gap") at least as big as the given integer. (Contributed by AV, 13-Aug-2020.)

Assertion

Ref	Expression
prmgap	⊢ ∀𝑛 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)

Distinct variable group:   𝑛,𝑝,𝑞,𝑧

Proof of Theorem prmgap

Dummy variables 𝑖 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		id 22	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ)
2		facmapnn 14192	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥)) ∈ (ℕ ↑m ℕ)
3	2	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥)) ∈ (ℕ ↑m ℕ))
4		prmgaplem2 16962	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < (((!‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
5		eqidd 2732	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥)) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥)))
6		fveq2 6822	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (!‘𝑥) = (!‘𝑛))
7	6	adantl 481	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑥 = 𝑛) → (!‘𝑥) = (!‘𝑛))
8		simpl 482	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 𝑛 ∈ ℕ)
9		fvexd 6837	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (!‘𝑛) ∈ V)
10	5, 7, 8, 9	fvmptd 6936	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥))‘𝑛) = (!‘𝑛))
11	10	oveq1d 7361	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (((𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥))‘𝑛) + 𝑖) = ((!‘𝑛) + 𝑖))
12	11	oveq1d 7361	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖) = (((!‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
13	4, 12	breqtrrd 5117	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
14	13	ralrimiva 3124	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∀𝑖 ∈ (2...𝑛)1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (!‘𝑥))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
15	1, 3, 14	prmgaplem8 16970	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
16	15	rgen 3049	1 ⊢ ∀𝑛 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)

Syntax hints:   ∧ wa 395   = wceq 1541   ∈ wcel 2111   ∉ wnel 3032  ∀wral 3047  ∃wrex 3056  Vcvv 3436   class class class wbr 5089   ↦ cmpt 5170  ‘cfv 6481  (class class class)co 7346   ↑_m cmap 8750  1c1 11007   + caddc 11009   < clt 11146   ≤ cle 11147   − cmin 11344  ℕcn 12125  2c2 12180  ...cfz 13407  ..^cfzo 13554  !cfa 14180   gcd cgcd 16405  ℙcprime 16582

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2144  ax-11 2160  ax-12 2180  ax-ext 2703  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5301  ax-pr 5368  ax-un 7668  ax-cnex 11062  ax-resscn 11063  ax-1cn 11064  ax-icn 11065  ax-addcl 11066  ax-addrcl 11067  ax-mulcl 11068  ax-mulrcl 11069  ax-mulcom 11070  ax-addass 11071  ax-mulass 11072  ax-distr 11073  ax-i2m1 11074  ax-1ne0 11075  ax-1rid 11076  ax-rnegex 11077  ax-rrecex 11078  ax-cnre 11079  ax-pre-lttri 11080  ax-pre-lttrn 11081  ax-pre-ltadd 11082  ax-pre-mulgt0 11083  ax-pre-sup 11084

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2710  df-cleq 2723  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2929  df-nel 3033  df-ral 3048  df-rex 3057  df-rmo 3346  df-reu 3347  df-rab 3396  df-v 3438  df-sbc 3737  df-csb 3846  df-dif 3900  df-un 3902  df-in 3904  df-ss 3914  df-pss 3917  df-nul 4281  df-if 4473  df-pw 4549  df-sn 4574  df-pr 4576  df-op 4580  df-uni 4857  df-iun 4941  df-br 5090  df-opab 5152  df-mpt 5171  df-tr 5197  df-id 5509  df-eprel 5514  df-po 5522  df-so 5523  df-fr 5567  df-we 5569  df-xp 5620  df-rel 5621  df-cnv 5622  df-co 5623  df-dm 5624  df-rn 5625  df-res 5626  df-ima 5627  df-pred 6248  df-ord 6309  df-on 6310  df-lim 6311  df-suc 6312  df-iota 6437  df-fun 6483  df-fn 6484  df-f 6485  df-f1 6486  df-fo 6487  df-f1o 6488  df-fv 6489  df-riota 7303  df-ov 7349  df-oprab 7350  df-mpo 7351  df-om 7797  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-frecs 8211  df-wrecs 8242  df-recs 8291  df-rdg 8329  df-1o 8385  df-2o 8386  df-er 8622  df-map 8752  df-en 8870  df-dom 8871  df-sdom 8872  df-fin 8873  df-sup 9326  df-inf 9327  df-pnf 11148  df-mnf 11149  df-xr 11150  df-ltxr 11151  df-le 11152  df-sub 11346  df-neg 11347  df-div 11775  df-nn 12126  df-2 12188  df-3 12189  df-n0 12382  df-z 12469  df-uz 12733  df-rp 12891  df-fz 13408  df-fzo 13555  df-seq 13909  df-exp 13969  df-fac 14181  df-cj 15006  df-re 15007  df-im 15008  df-sqrt 15142  df-abs 15143  df-dvds 16164  df-gcd 16406  df-prm 16583

This theorem is referenced by: (None)