MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  prmgapprmo Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem prmgapprmo 16997
Description: Alternate proof of prmgap 16994: in contrast to prmgap 16994, where the gap starts at n! , the factorial of n, the gap starts at n#, the primorial of n. (Contributed by AV, 15-Aug-2020.) (Revised by AV, 29-Aug-2020.) (Proof modification is discouraged.) (New usage is discouraged.)
Assertion
Ref Expression
prmgapprmo βˆ€π‘› ∈ β„• βˆƒπ‘ ∈ β„™ βˆƒπ‘ž ∈ β„™ (𝑛 ≀ (π‘ž βˆ’ 𝑝) ∧ βˆ€π‘§ ∈ ((𝑝 + 1)..^π‘ž)𝑧 βˆ‰ β„™)
Distinct variable group:   𝑛,𝑝,π‘ž,𝑧

Proof of Theorem prmgapprmo
Dummy variables 𝑖 𝑗 π‘˜ π‘š are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 id 22 . . 3 (𝑛 ∈ β„• β†’ 𝑛 ∈ β„•)
2 eqid 2732 . . . . . 6 (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)) = (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))
3 fzfid 13940 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ β„• β†’ (1...𝑗) ∈ Fin)
4 eqidd 2733 . . . . . . . . 9 ((𝑗 ∈ β„• ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ (π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1)) = (π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1)))
5 eleq1 2821 . . . . . . . . . . 11 (π‘š = π‘˜ β†’ (π‘š ∈ β„™ ↔ π‘˜ ∈ β„™))
6 id 22 . . . . . . . . . . 11 (π‘š = π‘˜ β†’ π‘š = π‘˜)
75, 6ifbieq1d 4552 . . . . . . . . . 10 (π‘š = π‘˜ β†’ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1) = if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
87adantl 482 . . . . . . . . 9 (((𝑗 ∈ β„• ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) ∧ π‘š = π‘˜) β†’ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1) = if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
9 elfznn 13532 . . . . . . . . . 10 (π‘˜ ∈ (1...𝑗) β†’ π‘˜ ∈ β„•)
109adantl 482 . . . . . . . . 9 ((𝑗 ∈ β„• ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ π‘˜ ∈ β„•)
11 1nn 12225 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ β„•
1211a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (π‘˜ ∈ (1...𝑗) β†’ 1 ∈ β„•)
139, 12ifcld 4574 . . . . . . . . . 10 (π‘˜ ∈ (1...𝑗) β†’ if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„•)
1413adantl 482 . . . . . . . . 9 ((𝑗 ∈ β„• ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„•)
154, 8, 10, 14fvmptd 7005 . . . . . . . 8 ((𝑗 ∈ β„• ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ ((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜) = if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
1615, 14eqeltrd 2833 . . . . . . 7 ((𝑗 ∈ β„• ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ ((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜) ∈ β„•)
173, 16fprodnncl 15901 . . . . . 6 (𝑗 ∈ β„• β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜) ∈ β„•)
182, 17fmpti 7113 . . . . 5 (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)):β„•βŸΆβ„•
19 nnex 12220 . . . . . 6 β„• ∈ V
2019, 19elmap 8867 . . . . 5 ((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)) ∈ (β„• ↑m β„•) ↔ (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)):β„•βŸΆβ„•)
2118, 20mpbir 230 . . . 4 (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)) ∈ (β„• ↑m β„•)
2221a1i 11 . . 3 (𝑛 ∈ β„• β†’ (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)) ∈ (β„• ↑m β„•))
23 prmgapprmolem 16996 . . . . 5 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ 1 < (((#pβ€˜π‘›) + 𝑖) gcd 𝑖))
24 eqidd 2733 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 ∈ β„•) ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ (π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1)) = (π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1)))
257adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 ∈ β„•) ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) ∧ π‘š = π‘˜) β†’ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1) = if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
269adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 ∈ β„•) ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ π‘˜ ∈ β„•)
27 elfzelz 13503 . . . . . . . . . . . . . 14 (π‘˜ ∈ (1...𝑗) β†’ π‘˜ ∈ β„€)
28 1zzd 12595 . . . . . . . . . . . . . 14 (π‘˜ ∈ (1...𝑗) β†’ 1 ∈ β„€)
2927, 28ifcld 4574 . . . . . . . . . . . . 13 (π‘˜ ∈ (1...𝑗) β†’ if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„€)
3029adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 ∈ β„•) ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„€)
3124, 25, 26, 30fvmptd 7005 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 ∈ β„•) ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑗)) β†’ ((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜) = if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
3231prodeq2dv 15869 . . . . . . . . . 10 (((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 ∈ β„•) β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜) = βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
3332mpteq2dva 5248 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜)) = (𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1)))
34 oveq2 7419 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 = 𝑛 β†’ (1...𝑗) = (1...𝑛))
3534prodeq1d 15867 . . . . . . . . . 10 (𝑗 = 𝑛 β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) = βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
3635adantl 482 . . . . . . . . 9 (((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ 𝑗 = 𝑛) β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) = βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
37 simpl 483 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ 𝑛 ∈ β„•)
38 fzfid 13940 . . . . . . . . . 10 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ (1...𝑛) ∈ Fin)
39 elfznn 13532 . . . . . . . . . . . 12 (π‘˜ ∈ (1...𝑛) β†’ π‘˜ ∈ β„•)
4011a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (π‘˜ ∈ (1...𝑛) β†’ 1 ∈ β„•)
4139, 40ifcld 4574 . . . . . . . . . . 11 (π‘˜ ∈ (1...𝑛) β†’ if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„•)
4241adantl 482 . . . . . . . . . 10 (((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) ∧ π‘˜ ∈ (1...𝑛)) β†’ if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„•)
4338, 42fprodnncl 15901 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) ∈ β„•)
4433, 36, 37, 43fvmptd 7005 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ ((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))β€˜π‘›) = βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
45 nnnn0 12481 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ β„• β†’ 𝑛 ∈ β„•0)
46 prmoval 16968 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ β„•0 β†’ (#pβ€˜π‘›) = βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
4745, 46syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ β„• β†’ (#pβ€˜π‘›) = βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1))
4847eqcomd 2738 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ β„• β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) = (#pβ€˜π‘›))
4948adantr 481 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑛)if(π‘˜ ∈ β„™, π‘˜, 1) = (#pβ€˜π‘›))
5044, 49eqtrd 2772 . . . . . . 7 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ ((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))β€˜π‘›) = (#pβ€˜π‘›))
5150oveq1d 7426 . . . . . 6 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ (((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))β€˜π‘›) + 𝑖) = ((#pβ€˜π‘›) + 𝑖))
5251oveq1d 7426 . . . . 5 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ ((((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))β€˜π‘›) + 𝑖) gcd 𝑖) = (((#pβ€˜π‘›) + 𝑖) gcd 𝑖))
5323, 52breqtrrd 5176 . . . 4 ((𝑛 ∈ β„• ∧ 𝑖 ∈ (2...𝑛)) β†’ 1 < ((((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))β€˜π‘›) + 𝑖) gcd 𝑖))
5453ralrimiva 3146 . . 3 (𝑛 ∈ β„• β†’ βˆ€π‘– ∈ (2...𝑛)1 < ((((𝑗 ∈ β„• ↦ βˆπ‘˜ ∈ (1...𝑗)((π‘š ∈ β„• ↦ if(π‘š ∈ β„™, π‘š, 1))β€˜π‘˜))β€˜π‘›) + 𝑖) gcd 𝑖))
551, 22, 54prmgaplem8 16993 . 2 (𝑛 ∈ β„• β†’ βˆƒπ‘ ∈ β„™ βˆƒπ‘ž ∈ β„™ (𝑛 ≀ (π‘ž βˆ’ 𝑝) ∧ βˆ€π‘§ ∈ ((𝑝 + 1)..^π‘ž)𝑧 βˆ‰ β„™))
5655rgen 3063 1 βˆ€π‘› ∈ β„• βˆƒπ‘ ∈ β„™ βˆƒπ‘ž ∈ β„™ (𝑛 ≀ (π‘ž βˆ’ 𝑝) ∧ βˆ€π‘§ ∈ ((𝑝 + 1)..^π‘ž)𝑧 βˆ‰ β„™)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   ∧ wa 396   = wceq 1541   ∈ wcel 2106   βˆ‰ wnel 3046  βˆ€wral 3061  βˆƒwrex 3070  ifcif 4528   class class class wbr 5148   ↦ cmpt 5231  βŸΆwf 6539  β€˜cfv 6543  (class class class)co 7411   ↑m cmap 8822  1c1 11113   + caddc 11115   < clt 11250   ≀ cle 11251   βˆ’ cmin 11446  β„•cn 12214  2c2 12269  β„•0cn0 12474  β„€cz 12560  ...cfz 13486  ..^cfzo 13629  βˆcprod 15851   gcd cgcd 16437  β„™cprime 16610  #pcprmo 16966
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7727  ax-inf2 9638  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189  ax-pre-sup 11190
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-se 5632  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-isom 6552  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7858  df-1st 7977  df-2nd 7978  df-frecs 8268  df-wrecs 8299  df-recs 8373  df-rdg 8412  df-1o 8468  df-2o 8469  df-er 8705  df-map 8824  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-sup 9439  df-inf 9440  df-oi 9507  df-card 9936  df-pnf 11252  df-mnf 11253  df-xr 11254  df-ltxr 11255  df-le 11256  df-sub 11448  df-neg 11449  df-div 11874  df-nn 12215  df-2 12277  df-3 12278  df-n0 12475  df-z 12561  df-uz 12825  df-rp 12977  df-fz 13487  df-fzo 13630  df-seq 13969  df-exp 14030  df-fac 14236  df-hash 14293  df-cj 15048  df-re 15049  df-im 15050  df-sqrt 15184  df-abs 15185  df-clim 15434  df-prod 15852  df-dvds 16200  df-gcd 16438  df-prm 16611  df-prmo 16967
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator