MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  prmfac1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem prmfac1 15412
Description: The factorial of a number only contains primes less than the base. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Mar-2014.)
Assertion
Ref Expression
prmfac1 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ∥ (!‘𝑁)) → 𝑃𝑁)

Proof of Theorem prmfac1
Dummy variables 𝑥 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 6178 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → (!‘𝑥) = (!‘0))
21breq2d 4656 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘0)))
3 breq2 4648 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝑃𝑥𝑃 ≤ 0))
42, 3imbi12d 334 . . . 4 (𝑥 = 0 → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘0) → 𝑃 ≤ 0)))
54imbi2d 330 . . 3 (𝑥 = 0 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘0) → 𝑃 ≤ 0))))
6 fveq2 6178 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑘 → (!‘𝑥) = (!‘𝑘))
76breq2d 4656 . . . . 5 (𝑥 = 𝑘 → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘𝑘)))
8 breq2 4648 . . . . 5 (𝑥 = 𝑘 → (𝑃𝑥𝑃𝑘))
97, 8imbi12d 334 . . . 4 (𝑥 = 𝑘 → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘)))
109imbi2d 330 . . 3 (𝑥 = 𝑘 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘))))
11 fveq2 6178 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑘 + 1) → (!‘𝑥) = (!‘(𝑘 + 1)))
1211breq2d 4656 . . . . 5 (𝑥 = (𝑘 + 1) → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1))))
13 breq2 4648 . . . . 5 (𝑥 = (𝑘 + 1) → (𝑃𝑥𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
1412, 13imbi12d 334 . . . 4 (𝑥 = (𝑘 + 1) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
1514imbi2d 330 . . 3 (𝑥 = (𝑘 + 1) → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))))
16 fveq2 6178 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑁 → (!‘𝑥) = (!‘𝑁))
1716breq2d 4656 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) ↔ 𝑃 ∥ (!‘𝑁)))
18 breq2 4648 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (𝑃𝑥𝑃𝑁))
1917, 18imbi12d 334 . . . 4 (𝑥 = 𝑁 → ((𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑁) → 𝑃𝑁)))
2019imbi2d 330 . . 3 (𝑥 = 𝑁 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑥) → 𝑃𝑥)) ↔ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑁) → 𝑃𝑁))))
21 fac0 13046 . . . . 5 (!‘0) = 1
2221breq2i 4652 . . . 4 (𝑃 ∥ (!‘0) ↔ 𝑃 ∥ 1)
23 nprmdvds1 15399 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → ¬ 𝑃 ∥ 1)
2423pm2.21d 118 . . . 4 (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ 1 → 𝑃 ≤ 0))
2522, 24syl5bi 232 . . 3 (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘0) → 𝑃 ≤ 0))
26 facp1 13048 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
2726adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
2827breq2d 4656 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) ↔ 𝑃 ∥ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
29 simpr 477 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℙ)
30 faccl 13053 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
3130adantr 481 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
3231nnzd 11466 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (!‘𝑘) ∈ ℤ)
33 nn0p1nn 11317 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3433adantr 481 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3534nnzd 11466 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑘 + 1) ∈ ℤ)
36 euclemma 15406 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (!‘𝑘) ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℤ) → (𝑃 ∥ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1))))
3729, 32, 35, 36syl3anc 1324 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1))))
3828, 37bitrd 268 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) ↔ (𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1))))
39 nn0re 11286 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
4039adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑘 ∈ ℝ)
4140lep1d 10940 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑘 ≤ (𝑘 + 1))
42 prmz 15370 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
4342adantl 482 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℤ)
4443zred 11467 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℝ)
4534nnred 11020 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
46 letr 10116 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑃 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℝ) → ((𝑃𝑘𝑘 ≤ (𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
4744, 40, 45, 46syl3anc 1324 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃𝑘𝑘 ≤ (𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
4841, 47mpan2d 709 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃𝑘𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
4948imim2d 57 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5049com23 86 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
51 dvdsle 15013 . . . . . . . . . 10 ((𝑃 ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ) → (𝑃 ∥ (𝑘 + 1) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
5243, 34, 51syl2anc 692 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (𝑘 + 1) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))
5352a1dd 50 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (𝑘 + 1) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5450, 53jaod 395 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) ∨ 𝑃 ∥ (𝑘 + 1)) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5538, 54sylbid 230 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5655com23 86 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ) → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1))))
5756ex 450 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘) → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))))
5857a2d 29 . . 3 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑘) → 𝑃𝑘)) → (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘(𝑘 + 1)) → 𝑃 ≤ (𝑘 + 1)))))
595, 10, 15, 20, 25, 58nn0ind 11457 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 ∥ (!‘𝑁) → 𝑃𝑁)))
60593imp 1254 1 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ∥ (!‘𝑁)) → 𝑃𝑁)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wo 383  wa 384  w3a 1036   = wceq 1481  wcel 1988   class class class wbr 4644  cfv 5876  (class class class)co 6635  cr 9920  0cc0 9921  1c1 9922   + caddc 9924   · cmul 9926  cle 10060  cn 11005  0cn0 11277  cz 11362  !cfa 13043  cdvds 14964  cprime 15366
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1720  ax-4 1735  ax-5 1837  ax-6 1886  ax-7 1933  ax-8 1990  ax-9 1997  ax-10 2017  ax-11 2032  ax-12 2045  ax-13 2244  ax-ext 2600  ax-sep 4772  ax-nul 4780  ax-pow 4834  ax-pr 4897  ax-un 6934  ax-cnex 9977  ax-resscn 9978  ax-1cn 9979  ax-icn 9980  ax-addcl 9981  ax-addrcl 9982  ax-mulcl 9983  ax-mulrcl 9984  ax-mulcom 9985  ax-addass 9986  ax-mulass 9987  ax-distr 9988  ax-i2m1 9989  ax-1ne0 9990  ax-1rid 9991  ax-rnegex 9992  ax-rrecex 9993  ax-cnre 9994  ax-pre-lttri 9995  ax-pre-lttrn 9996  ax-pre-ltadd 9997  ax-pre-mulgt0 9998  ax-pre-sup 9999
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1484  df-ex 1703  df-nf 1708  df-sb 1879  df-eu 2472  df-mo 2473  df-clab 2607  df-cleq 2613  df-clel 2616  df-nfc 2751  df-ne 2792  df-nel 2895  df-ral 2914  df-rex 2915  df-reu 2916  df-rmo 2917  df-rab 2918  df-v 3197  df-sbc 3430  df-csb 3527  df-dif 3570  df-un 3572  df-in 3574  df-ss 3581  df-pss 3583  df-nul 3908  df-if 4078  df-pw 4151  df-sn 4169  df-pr 4171  df-tp 4173  df-op 4175  df-uni 4428  df-int 4467  df-iun 4513  df-br 4645  df-opab 4704  df-mpt 4721  df-tr 4744  df-id 5014  df-eprel 5019  df-po 5025  df-so 5026  df-fr 5063  df-we 5065  df-xp 5110  df-rel 5111  df-cnv 5112  df-co 5113  df-dm 5114  df-rn 5115  df-res 5116  df-ima 5117  df-pred 5668  df-ord 5714  df-on 5715  df-lim 5716  df-suc 5717  df-iota 5839  df-fun 5878  df-fn 5879  df-f 5880  df-f1 5881  df-fo 5882  df-f1o 5883  df-fv 5884  df-riota 6596  df-ov 6638  df-oprab 6639  df-mpt2 6640  df-om 7051  df-2nd 7154  df-wrecs 7392  df-recs 7453  df-rdg 7491  df-1o 7545  df-2o 7546  df-oadd 7549  df-er 7727  df-en 7941  df-dom 7942  df-sdom 7943  df-fin 7944  df-sup 8333  df-inf 8334  df-pnf 10061  df-mnf 10062  df-xr 10063  df-ltxr 10064  df-le 10065  df-sub 10253  df-neg 10254  df-div 10670  df-nn 11006  df-2 11064  df-3 11065  df-n0 11278  df-z 11363  df-uz 11673  df-rp 11818  df-fl 12576  df-mod 12652  df-seq 12785  df-exp 12844  df-fac 13044  df-cj 13820  df-re 13821  df-im 13822  df-sqrt 13956  df-abs 13957  df-dvds 14965  df-gcd 15198  df-prm 15367
This theorem is referenced by:  prmndvdsfaclt  15416  chtublem  24917  bposlem3  24992
  Copyright terms: Public domain W3C validator