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

Theorem lcmf 15553
 Description: Characterization of the least common multiple of a set of integers (without 0): A positiven integer is the least common multiple of a set of integers iff it divides each of the elements of the set and every integer which divides each of the elements of the set is greater than or equal to this integer. (Contributed by AV, 22-Aug-2020.)
Assertion
Ref Expression
lcmf ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 = (lcm𝑍) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘))))
Distinct variable groups:   𝑘,𝐾,𝑚   𝑘,𝑍,𝑚

Proof of Theorem lcmf
StepHypRef Expression
1 dvdslcmf 15551 . . . . . 6 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin) → ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍))
213adant3 1125 . . . . 5 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍))
3 lcmfledvds 15552 . . . . . . 7 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ((𝑘 ∈ ℕ ∧ ∀𝑚𝑍 𝑚𝑘) → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
43expdimp 440 . . . . . 6 (((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
54ralrimiva 3114 . . . . 5 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
62, 5jca 495 . . . 4 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
76adantl 467 . . 3 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
8 breq2 4788 . . . . 5 (𝐾 = (lcm𝑍) → (𝑚𝐾𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
98ralbidv 3134 . . . 4 (𝐾 = (lcm𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ↔ ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
10 breq1 4787 . . . . . 6 (𝐾 = (lcm𝑍) → (𝐾𝑘 ↔ (lcm𝑍) ≤ 𝑘))
1110imbi2d 329 . . . . 5 (𝐾 = (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
1211ralbidv 3134 . . . 4 (𝐾 = (lcm𝑍) → (∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘)))
139, 12anbi12d 608 . . 3 (𝐾 = (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 → (lcm𝑍) ≤ 𝑘))))
147, 13syl5ibrcom 237 . 2 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 = (lcm𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘))))
15 lcmfn0cl 15546 . . . . . 6 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (lcm𝑍) ∈ ℕ)
1615adantl 467 . . . . 5 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (lcm𝑍) ∈ ℕ)
17 breq2 4788 . . . . . . . 8 (𝑘 = (lcm𝑍) → (𝑚𝑘𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
1817ralbidv 3134 . . . . . . 7 (𝑘 = (lcm𝑍) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘 ↔ ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍)))
19 breq2 4788 . . . . . . 7 (𝑘 = (lcm𝑍) → (𝐾𝑘𝐾 ≤ (lcm𝑍)))
2018, 19imbi12d 333 . . . . . 6 (𝑘 = (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
2120rspcv 3454 . . . . 5 ((lcm𝑍) ∈ ℕ → (∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
2216, 21syl 17 . . . 4 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
2322adantld 474 . . 3 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → (∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍))))
242adantl 467 . . . . 5 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍))
25 nnre 11228 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℝ)
2615nnred 11236 . . . . . . . 8 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (lcm𝑍) ∈ ℝ)
2725, 26anim12i 592 . . . . . . 7 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 ∈ ℝ ∧ (lcm𝑍) ∈ ℝ))
28 leloe 10325 . . . . . . 7 ((𝐾 ∈ ℝ ∧ (lcm𝑍) ∈ ℝ) → (𝐾 ≤ (lcm𝑍) ↔ (𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍))))
2927, 28syl 17 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 ≤ (lcm𝑍) ↔ (𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍))))
30 lcmfledvds 15552 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ ∀𝑚𝑍 𝑚𝐾) → (lcm𝑍) ≤ 𝐾))
3130expd 400 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍) → (𝐾 ∈ ℕ → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 → (lcm𝑍) ≤ 𝐾)))
3231impcom 394 . . . . . . . . . . 11 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 → (lcm𝑍) ≤ 𝐾))
33 lenlt 10317 . . . . . . . . . . . . 13 (((lcm𝑍) ∈ ℝ ∧ 𝐾 ∈ ℝ) → ((lcm𝑍) ≤ 𝐾 ↔ ¬ 𝐾 < (lcm𝑍)))
3426, 25, 33syl2anr 576 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((lcm𝑍) ≤ 𝐾 ↔ ¬ 𝐾 < (lcm𝑍)))
35 pm2.21 121 . . . . . . . . . . . 12 𝐾 < (lcm𝑍) → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍)))
3634, 35syl6bi 243 . . . . . . . . . . 11 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((lcm𝑍) ≤ 𝐾 → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
3732, 36syldc 48 . . . . . . . . . 10 (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
3837adantr 466 . . . . . . . . 9 ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 < (lcm𝑍) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
3938com13 88 . . . . . . . 8 (𝐾 < (lcm𝑍) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
40 2a1 28 . . . . . . . 8 (𝐾 = (lcm𝑍) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4139, 40jaoi 837 . . . . . . 7 ((𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍)) → ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4241com12 32 . . . . . 6 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((𝐾 < (lcm𝑍) ∨ 𝐾 = (lcm𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4329, 42sylbid 230 . . . . 5 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 ≤ (lcm𝑍) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4424, 43embantd 59 . . . 4 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4544com23 86 . . 3 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚 ∥ (lcm𝑍) → 𝐾 ≤ (lcm𝑍)) → 𝐾 = (lcm𝑍))))
4623, 45mpdd 43 . 2 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → ((∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘)) → 𝐾 = (lcm𝑍)))
4714, 46impbid 202 1 ((𝐾 ∈ ℕ ∧ (𝑍 ⊆ ℤ ∧ 𝑍 ∈ Fin ∧ 0 ∉ 𝑍)) → (𝐾 = (lcm𝑍) ↔ (∀𝑚𝑍 𝑚𝐾 ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (∀𝑚𝑍 𝑚𝑘𝐾𝑘))))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 382   ∨ wo 826   ∧ w3a 1070   = wceq 1630   ∈ wcel 2144   ∉ wnel 3045  ∀wral 3060   ⊆ wss 3721   class class class wbr 4784  ‘cfv 6031  Fincfn 8108  ℝcr 10136  0cc0 10137   < clt 10275   ≤ cle 10276  ℕcn 11221  ℤcz 11578   ∥ cdvds 15188  lcmclcmf 15509 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1869  ax-4 1884  ax-5 1990  ax-6 2056  ax-7 2092  ax-8 2146  ax-9 2153  ax-10 2173  ax-11 2189  ax-12 2202  ax-13 2407  ax-ext 2750  ax-rep 4902  ax-sep 4912  ax-nul 4920  ax-pow 4971  ax-pr 5034  ax-un 7095  ax-inf2 8701  ax-cnex 10193  ax-resscn 10194  ax-1cn 10195  ax-icn 10196  ax-addcl 10197  ax-addrcl 10198  ax-mulcl 10199  ax-mulrcl 10200  ax-mulcom 10201  ax-addass 10202  ax-mulass 10203  ax-distr 10204  ax-i2m1 10205  ax-1ne0 10206  ax-1rid 10207  ax-rnegex 10208  ax-rrecex 10209  ax-cnre 10210  ax-pre-lttri 10211  ax-pre-lttrn 10212  ax-pre-ltadd 10213  ax-pre-mulgt0 10214  ax-pre-sup 10215 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 827  df-3or 1071  df-3an 1072  df-tru 1633  df-fal 1636  df-ex 1852  df-nf 1857  df-sb 2049  df-eu 2621  df-mo 2622  df-clab 2757  df-cleq 2763  df-clel 2766  df-nfc 2901  df-ne 2943  df-nel 3046  df-ral 3065  df-rex 3066  df-reu 3067  df-rmo 3068  df-rab 3069  df-v 3351  df-sbc 3586  df-csb 3681  df-dif 3724  df-un 3726  df-in 3728  df-ss 3735  df-pss 3737  df-nul 4062  df-if 4224  df-pw 4297  df-sn 4315  df-pr 4317  df-tp 4319  df-op 4321  df-uni 4573  df-int 4610  df-iun 4654  df-br 4785  df-opab 4845  df-mpt 4862  df-tr 4885  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-se 5209  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-isom 6040  df-riota 6753  df-ov 6795  df-oprab 6796  df-mpt2 6797  df-om 7212  df-1st 7314  df-2nd 7315  df-wrecs 7558  df-recs 7620  df-rdg 7658  df-1o 7712  df-oadd 7716  df-er 7895  df-en 8109  df-dom 8110  df-sdom 8111  df-fin 8112  df-sup 8503  df-inf 8504  df-oi 8570  df-card 8964  df-pnf 10277  df-mnf 10278  df-xr 10279  df-ltxr 10280  df-le 10281  df-sub 10469  df-neg 10470  df-div 10886  df-nn 11222  df-2 11280  df-3 11281  df-n0 11494  df-z 11579  df-uz 11888  df-rp 12035  df-fz 12533  df-fzo 12673  df-seq 13008  df-exp 13067  df-hash 13321  df-cj 14046  df-re 14047  df-im 14048  df-sqrt 14182  df-abs 14183  df-clim 14426  df-prod 14842  df-dvds 15189  df-lcmf 15511 This theorem is referenced by:  lcmftp  15556  lcmfunsnlem2lem2  15559
 Copyright terms: Public domain W3C validator