Theorem prmgaplcm 16988

Description: Alternate proof of prmgap 16987: in contrast to prmgap 16987, where the gap starts at n! , the factorial of n, the gap starts at the least common multiple of all positive integers less than or equal to n. (Contributed by AV, 13-Aug-2020.) (Revised by AV, 27-Aug-2020.) (Proof modification is discouraged.) (New usage is discouraged.)

Assertion

Ref	Expression
prmgaplcm	⊢ ∀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 prmgaplcm

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		fzssz 13442	. . . . . . . 8 ⊢ (1...𝑥) ⊆ ℤ
3	2	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (1...𝑥) ⊆ ℤ)
4		fzfi 13895	. . . . . . . 8 ⊢ (1...𝑥) ∈ Fin
5	4	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (1...𝑥) ∈ Fin)
6		0nelfz1 13459	. . . . . . . 8 ⊢ 0 ∉ (1...𝑥)
7	6	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 0 ∉ (1...𝑥))
8		lcmfn0cl 16553	. . . . . . 7 ⊢ (((1...𝑥) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑥) ∈ Fin ∧ 0 ∉ (1...𝑥)) → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
9	3, 5, 7, 8	syl3anc 1373	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
10	9	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
11		eqid 2736	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))
12	10, 11	fmptd 7059	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ)
13		nnex 12151	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
14	13, 13	pm3.2i 470	. . . . 5 ⊢ (ℕ ∈ V ∧ ℕ ∈ V)
15		elmapg 8776	. . . . 5 ⊢ ((ℕ ∈ V ∧ ℕ ∈ V) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ) ↔ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ))
16	14, 15	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ) ↔ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ))
17	12, 16	mpbird 257	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ))
18		prmgaplcmlem2 16980	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < (((lcm‘(1...𝑛)) + 𝑖) gcd 𝑖))
19		eqidd 2737	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))))
20		oveq2 7366	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (1...𝑥) = (1...𝑛))
21	20	fveq2d 6838	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (lcm‘(1...𝑥)) = (lcm‘(1...𝑛)))
22	21	adantl 481	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑥 = 𝑛) → (lcm‘(1...𝑥)) = (lcm‘(1...𝑛)))
23		simpl 482	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 𝑛 ∈ ℕ)
24		fzssz 13442	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1...𝑛) ⊆ ℤ
25		fzfi 13895	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1...𝑛) ∈ Fin
26	24, 25	pm3.2i 470	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1...𝑛) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑛) ∈ Fin)
27		lcmfcl 16555	. . . . . . . . 9 ⊢ (((1...𝑛) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑛) ∈ Fin) → (lcm‘(1...𝑛)) ∈ ℕ0)
28	26, 27	mp1i 13	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (lcm‘(1...𝑛)) ∈ ℕ0)
29	19, 22, 23, 28	fvmptd 6948	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) = (lcm‘(1...𝑛)))
30	29	oveq1d 7373	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) = ((lcm‘(1...𝑛)) + 𝑖))
31	30	oveq1d 7373	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖) = (((lcm‘(1...𝑛)) + 𝑖) gcd 𝑖))
32	18, 31	breqtrrd 5126	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
33	32	ralrimiva 3128	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∀𝑖 ∈ (2...𝑛)1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
34	1, 17, 33	prmgaplem8 16986	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
35	34	rgen 3053	1 ⊢ ∀𝑛 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)

Syntax hints:   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1541   ∈ wcel 2113   ∉ wnel 3036  ∀wral 3051  ∃wrex 3060  Vcvv 3440   ⊆ wss 3901   class class class wbr 5098   ↦ cmpt 5179  ⟶wf 6488  ‘cfv 6492  (class class class)co 7358   ↑_m cmap 8763  Fincfn 8883  0cc0 11026  1c1 11027   + caddc 11029   < clt 11166   ≤ cle 11167   − cmin 11364  ℕcn 12145  2c2 12200  ℕ₀cn0 12401  ℤcz 12488  ...cfz 13423  ..^cfzo 13570   gcd cgcd 16421  lcmclcmf 16516  ℙcprime 16598

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 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2184  ax-ext 2708  ax-rep 5224  ax-sep 5241  ax-nul 5251  ax-pow 5310  ax-pr 5377  ax-un 7680  ax-inf2 9550  ax-cnex 11082  ax-resscn 11083  ax-1cn 11084  ax-icn 11085  ax-addcl 11086  ax-addrcl 11087  ax-mulcl 11088  ax-mulrcl 11089  ax-mulcom 11090  ax-addass 11091  ax-mulass 11092  ax-distr 11093  ax-i2m1 11094  ax-1ne0 11095  ax-1rid 11096  ax-rnegex 11097  ax-rrecex 11098  ax-cnre 11099  ax-pre-lttri 11100  ax-pre-lttrn 11101  ax-pre-ltadd 11102  ax-pre-mulgt0 11103  ax-pre-sup 11104

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 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3350  df-reu 3351  df-rab 3400  df-v 3442  df-sbc 3741  df-csb 3850  df-dif 3904  df-un 3906  df-in 3908  df-ss 3918  df-pss 3921  df-nul 4286  df-if 4480  df-pw 4556  df-sn 4581  df-pr 4583  df-op 4587  df-uni 4864  df-int 4903  df-iun 4948  df-br 5099  df-opab 5161  df-mpt 5180  df-tr 5206  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-se 5578  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7809  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-frecs 8223  df-wrecs 8254  df-recs 8303  df-rdg 8341  df-1o 8397  df-2o 8398  df-er 8635  df-map 8765  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-fin 8887  df-sup 9345  df-inf 9346  df-oi 9415  df-card 9851  df-pnf 11168  df-mnf 11169  df-xr 11170  df-ltxr 11171  df-le 11172  df-sub 11366  df-neg 11367  df-div 11795  df-nn 12146  df-2 12208  df-3 12209  df-n0 12402  df-z 12489  df-uz 12752  df-rp 12906  df-fz 13424  df-fzo 13571  df-seq 13925  df-exp 13985  df-fac 14197  df-hash 14254  df-cj 15022  df-re 15023  df-im 15024  df-sqrt 15158  df-abs 15159  df-clim 15411  df-prod 15827  df-dvds 16180  df-gcd 16422  df-lcmf 16518  df-prm 16599

This theorem is referenced by: (None)