Theorem prmgaplcm 16859

Description: Alternate proof of prmgap 16858: in contrast to prmgap 16858, 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 13360	. . . . . . . 8 ⊢ (1...𝑥) ⊆ ℤ
3	2	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (1...𝑥) ⊆ ℤ)
4		fzfi 13794	. . . . . . . 8 ⊢ (1...𝑥) ∈ Fin
5	4	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (1...𝑥) ∈ Fin)
6		0nelfz1 13377	. . . . . . . 8 ⊢ 0 ∉ (1...𝑥)
7	6	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 0 ∉ (1...𝑥))
8		lcmfn0cl 16429	. . . . . . 7 ⊢ (((1...𝑥) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑥) ∈ Fin ∧ 0 ∉ (1...𝑥)) → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
9	3, 5, 7, 8	syl3anc 1370	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
10	9	adantl 482	. . . . 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 7045	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ)
13		nnex 12081	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
14	13, 13	pm3.2i 471	. . . . 5 ⊢ (ℕ ∈ V ∧ ℕ ∈ V)
15		elmapg 8700	. . . . 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 256	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ))
18		prmgaplcmlem2 16851	. . . . 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 7346	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (1...𝑥) = (1...𝑛))
21	20	fveq2d 6830	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (lcm‘(1...𝑥)) = (lcm‘(1...𝑛)))
22	21	adantl 482	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑥 = 𝑛) → (lcm‘(1...𝑥)) = (lcm‘(1...𝑛)))
23		simpl 483	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 𝑛 ∈ ℕ)
24		fzssz 13360	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1...𝑛) ⊆ ℤ
25		fzfi 13794	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1...𝑛) ∈ Fin
26	24, 25	pm3.2i 471	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1...𝑛) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑛) ∈ Fin)
27		lcmfcl 16431	. . . . . . . . 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 6939	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) = (lcm‘(1...𝑛)))
30	29	oveq1d 7353	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) = ((lcm‘(1...𝑛)) + 𝑖))
31	30	oveq1d 7353	. . . . 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 5121	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
33	32	ralrimiva 3139	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∀𝑖 ∈ (2...𝑛)1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
34	1, 17, 33	prmgaplem8 16857	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
35	34	rgen 3063	1 ⊢ ∀𝑛 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)

Syntax hints:   ↔ wb 205   ∧ wa 396   = wceq 1540   ∈ wcel 2105   ∉ wnel 3046  ∀wral 3061  ∃wrex 3070  Vcvv 3441   ⊆ wss 3898   class class class wbr 5093   ↦ cmpt 5176  ⟶wf 6476  ‘cfv 6480  (class class class)co 7338   ↑_m cmap 8687  Fincfn 8805  0cc0 10973  1c1 10974   + caddc 10976   < clt 11111   ≤ cle 11112   − cmin 11307  ℕcn 12075  2c2 12130  ℕ₀cn0 12335  ℤcz 12421  ...cfz 13341  ..^cfzo 13484   gcd cgcd 16301  lcmclcmf 16392  ℙcprime 16474

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 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2707  ax-rep 5230  ax-sep 5244  ax-nul 5251  ax-pow 5309  ax-pr 5373  ax-un 7651  ax-inf2 9499  ax-cnex 11029  ax-resscn 11030  ax-1cn 11031  ax-icn 11032  ax-addcl 11033  ax-addrcl 11034  ax-mulcl 11035  ax-mulrcl 11036  ax-mulcom 11037  ax-addass 11038  ax-mulass 11039  ax-distr 11040  ax-i2m1 11041  ax-1ne0 11042  ax-1rid 11043  ax-rnegex 11044  ax-rrecex 11045  ax-cnre 11046  ax-pre-lttri 11047  ax-pre-lttrn 11048  ax-pre-ltadd 11049  ax-pre-mulgt0 11050  ax-pre-sup 11051

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2886  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3349  df-reu 3350  df-rab 3404  df-v 3443  df-sbc 3728  df-csb 3844  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-pss 3917  df-nul 4271  df-if 4475  df-pw 4550  df-sn 4575  df-pr 4577  df-op 4581  df-uni 4854  df-int 4896  df-iun 4944  df-br 5094  df-opab 5156  df-mpt 5177  df-tr 5211  df-id 5519  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5576  df-se 5577  df-we 5578  df-xp 5627  df-rel 5628  df-cnv 5629  df-co 5630  df-dm 5631  df-rn 5632  df-res 5633  df-ima 5634  df-pred 6239  df-ord 6306  df-on 6307  df-lim 6308  df-suc 6309  df-iota 6432  df-fun 6482  df-fn 6483  df-f 6484  df-f1 6485  df-fo 6486  df-f1o 6487  df-fv 6488  df-isom 6489  df-riota 7294  df-ov 7341  df-oprab 7342  df-mpo 7343  df-om 7782  df-1st 7900  df-2nd 7901  df-frecs 8168  df-wrecs 8199  df-recs 8273  df-rdg 8312  df-1o 8368  df-2o 8369  df-er 8570  df-map 8689  df-en 8806  df-dom 8807  df-sdom 8808  df-fin 8809  df-sup 9300  df-inf 9301  df-oi 9368  df-card 9797  df-pnf 11113  df-mnf 11114  df-xr 11115  df-ltxr 11116  df-le 11117  df-sub 11309  df-neg 11310  df-div 11735  df-nn 12076  df-2 12138  df-3 12139  df-n0 12336  df-z 12422  df-uz 12685  df-rp 12833  df-fz 13342  df-fzo 13485  df-seq 13824  df-exp 13885  df-fac 14090  df-hash 14147  df-cj 14910  df-re 14911  df-im 14912  df-sqrt 15046  df-abs 15047  df-clim 15297  df-prod 15716  df-dvds 16064  df-gcd 16302  df-lcmf 16394  df-prm 16475

This theorem is referenced by: (None)