Theorem prmgaplcm 17120

Description: Alternate proof of prmgap 17119: in contrast to prmgap 17119, 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 23	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ)
2		fzssz 13554	. . . . . . . 8 ⊢ (1...𝑥) ⊆ ℤ
3	2	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (1...𝑥) ⊆ ℤ)
4		fzfi 14008	. . . . . . . 8 ⊢ (1...𝑥) ∈ Fin
5	4	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (1...𝑥) ∈ Fin)
6		0nelfz1 13571	. . . . . . . 8 ⊢ 0 ∉ (1...𝑥)
7	6	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 0 ∉ (1...𝑥))
8		lcmfn0cl 16684	. . . . . . 7 ⊢ (((1...𝑥) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑥) ∈ Fin ∧ 0 ∉ (1...𝑥)) → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
9	3, 5, 7, 8	syl3anc 1396	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
10	9	adantl 486	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (lcm‘(1...𝑥)) ∈ ℕ)
11		eqid 2769	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))
12	10, 11	fmptd 7110	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ)
13		nnex 12239	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
14	13, 13	pm3.2i 475	. . . . 5 ⊢ (ℕ ∈ V ∧ ℕ ∈ V)
15		elmapg 8836	. . . . 5 ⊢ ((ℕ ∈ V ∧ ℕ ∈ V) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ) ↔ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ))
16	14, 15	mp1i 14	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ) ↔ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))):ℕ⟶ℕ))
17	12, 16	mpbird 260	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) ∈ (ℕ ↑m ℕ))
18		prmgaplcmlem2 17112	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < (((lcm‘(1...𝑛)) + 𝑖) gcd 𝑖))
19		eqidd 2770	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥))))
20		oveq2 7419	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (1...𝑥) = (1...𝑛))
21	20	fveq2d 6886	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (lcm‘(1...𝑥)) = (lcm‘(1...𝑛)))
22	21	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑥 = 𝑛) → (lcm‘(1...𝑥)) = (lcm‘(1...𝑛)))
23		simpl 487	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 𝑛 ∈ ℕ)
24		fzssz 13554	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1...𝑛) ⊆ ℤ
25		fzfi 14008	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1...𝑛) ∈ Fin
26	24, 25	pm3.2i 475	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1...𝑛) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑛) ∈ Fin)
27		lcmfcl 16686	. . . . . . . . 9 ⊢ (((1...𝑛) ⊆ ℤ ∧ (1...𝑛) ∈ Fin) → (lcm‘(1...𝑛)) ∈ ℕ0)
28	26, 27	mp1i 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (lcm‘(1...𝑛)) ∈ ℕ0)
29	19, 22, 23, 28	fvmptd 6998	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) = (lcm‘(1...𝑛)))
30	29	oveq1d 7426	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → (((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) = ((lcm‘(1...𝑛)) + 𝑖))
31	30	oveq1d 7426	. . . . 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 5143	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) → 1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
33	32	ralrimiva 3163	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∀𝑖 ∈ (2...𝑛)1 < ((((𝑥 ∈ ℕ ↦ (lcm‘(1...𝑥)))‘𝑛) + 𝑖) gcd 𝑖))
34	1, 17, 33	prmgaplem8 17118	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ))
35	34	rgen 3087	1 ⊢ ∀𝑛 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ℙ ∃𝑞 ∈ ℙ (𝑛 ≤ (𝑞 − 𝑝) ∧ ∀𝑧 ∈ ((𝑝 + 1)..^𝑞)𝑧 ∉ ℙ)

Syntax hints:   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1567   ∈ wcel 2149   ∉ wnel 3070  ∀wral 3085  ∃wrex 3095  Vcvv 3463   ⊆ wss 3913   class class class wbr 5113   ↦ cmpt 5196  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7411   ↑_m cmap 8824  Fincfn 8943  0cc0 11100  1c1 11101   + caddc 11103   < clt 11243   ≤ cle 11244   − cmin 11441  ℕcn 12233  2c2 12295  ℕ₀cn0 12504  ℤcz 12591  ...cfz 13535  ..^cfzo 13682   gcd cgcd 16552  lcmclcmf 16647  ℙcprime 16729

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-rep 5242  ax-sep 5261  ax-nul 5271  ax-pow 5337  ax-pr 5405  ax-un 7733  ax-inf2 9610  ax-cnex 11156  ax-resscn 11157  ax-1cn 11158  ax-icn 11159  ax-addcl 11160  ax-addrcl 11161  ax-mulcl 11162  ax-mulrcl 11163  ax-mulcom 11164  ax-addass 11165  ax-mulass 11166  ax-distr 11167  ax-i2m1 11168  ax-1ne0 11169  ax-1rid 11170  ax-rnegex 11171  ax-rrecex 11172  ax-cnre 11173  ax-pre-lttri 11174  ax-pre-lttrn 11175  ax-pre-ltadd 11176  ax-pre-mulgt0 11177  ax-pre-sup 11178

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3424  df-v 3465  df-sbc 3754  df-csb 3862  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3933  df-nul 4295  df-if 4493  df-pw 4569  df-sn 4595  df-pr 4597  df-op 4601  df-uni 4877  df-int 4917  df-iun 4962  df-br 5114  df-opab 5178  df-mpt 5197  df-tr 5223  df-id 5557  df-eprel 5562  df-po 5570  df-so 5571  df-fr 5615  df-se 5616  df-we 5617  df-xp 5668  df-rel 5669  df-cnv 5670  df-co 5671  df-dm 5672  df-rn 5673  df-res 5674  df-ima 5675  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7368  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8358  df-rdg 8397  df-1o 8453  df-2o 8454  df-er 8694  df-map 8826  df-en 8944  df-dom 8945  df-sdom 8946  df-fin 8947  df-sup 9402  df-inf 9403  df-oi 9472  df-card 9925  df-pnf 11245  df-mnf 11246  df-xr 11247  df-ltxr 11248  df-le 11249  df-sub 11443  df-neg 11444  df-div 11872  df-nn 12234  df-2 12303  df-3 12304  df-n0 12505  df-z 12592  df-uz 12863  df-rp 13017  df-fz 13536  df-fzo 13683  df-seq 14038  df-exp 14098  df-fac 14310  df-hash 14367  df-cj 15150  df-re 15151  df-im 15152  df-sqrt 15286  df-abs 15287  df-clim 15539  df-prod 15958  df-dvds 16311  df-gcd 16553  df-lcmf 16649  df-prm 16730

This theorem is referenced by: (None)