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Theorem isprm3 13015
Description: The predicate "is a prime number". A prime number is an integer greater than or equal to 2 with no divisors strictly between 1 and itself. (Contributed by Paul Chapman, 26-Oct-2012.)
Assertion
Ref Expression
isprm3  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  -.  z  ||  P
) )
Distinct variable group:    z, P

Proof of Theorem isprm3
StepHypRef Expression
1 isprm2 13014 . 2  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  NN  ( z  ||  P  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) ) )
2 iman 414 . . . . . . 7  |-  ( ( z  e.  NN  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )  <->  -.  ( z  e.  NN  /\  -.  (
z  =  1  \/  z  =  P ) ) )
3 2nn 10065 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  2  e.  NN
4 elnnuz 10454 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( 2  e.  NN  <->  2  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
53, 4mpbi 200 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  2  e.  ( ZZ>= `  1 )
6 uztrn 10434 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  2  e.  ( ZZ>= `  1 )
)  ->  P  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
75, 6mpan2 653 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
8 elnnuz 10454 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( P  e.  NN  <->  P  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
97, 8sylibr 204 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  NN )
10 nnz 10235 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  e.  NN  ->  z  e.  ZZ )
11 dvdsle 12822 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  ->  ( z  ||  P  ->  z  <_  P )
)
1210, 11sylan 458 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  NN )  ->  ( z  ||  P  ->  z  <_  P )
)
13 nnge1 9958 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  e.  NN  ->  1  <_  z )
1413adantr 452 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  NN )  ->  1  <_  z )
1512, 14jctild 528 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  NN )  ->  ( z  ||  P  ->  ( 1  <_  z  /\  z  <_  P ) ) )
169, 15sylan2 461 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  -> 
( z  ||  P  ->  ( 1  <_  z  /\  z  <_  P ) ) )
17 zre 10218 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  e.  ZZ  ->  z  e.  RR )
18 nnre 9939 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( P  e.  NN  ->  P  e.  RR )
19 1re 9023 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  1  e.  RR
20 leltne 9097 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( 1  e.  RR  /\  z  e.  RR  /\  1  <_  z )  ->  (
1  <  z  <->  z  =/=  1 ) )
2119, 20mp3an1 1266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( z  e.  RR  /\  1  <_  z )  -> 
( 1  <  z  <->  z  =/=  1 ) )
22213adant2 976 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( z  e.  RR  /\  P  e.  RR  /\  1  <_  z )  ->  (
1  <  z  <->  z  =/=  1 ) )
23223expia 1155 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( z  e.  RR  /\  P  e.  RR )  ->  ( 1  <_  z  ->  ( 1  <  z  <->  z  =/=  1 ) ) )
24 leltne 9097 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( z  e.  RR  /\  P  e.  RR  /\  z  <_  P )  ->  (
z  <  P  <->  P  =/=  z ) )
25243expia 1155 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( z  e.  RR  /\  P  e.  RR )  ->  ( z  <_  P  ->  ( z  <  P  <->  P  =/=  z ) ) )
2623, 25anim12d 547 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  RR  /\  P  e.  RR )  ->  ( ( 1  <_ 
z  /\  z  <_  P )  ->  ( (
1  <  z  <->  z  =/=  1 )  /\  (
z  <  P  <->  P  =/=  z ) ) ) )
2717, 18, 26syl2an 464 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  ->  ( ( 1  <_ 
z  /\  z  <_  P )  ->  ( (
1  <  z  <->  z  =/=  1 )  /\  (
z  <  P  <->  P  =/=  z ) ) ) )
28 pm4.38 843 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( 1  <  z  <->  z  =/=  1 )  /\  ( z  <  P  <->  P  =/=  z ) )  ->  ( ( 1  <  z  /\  z  <  P )  <->  ( z  =/=  1  /\  P  =/=  z ) ) )
29 df-ne 2552 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( z  =/=  1  <->  -.  z  =  1 )
30 necom 2631 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( P  =/=  z  <->  z  =/=  P )
31 df-ne 2552 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( z  =/=  P  <->  -.  z  =  P )
3230, 31bitri 241 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( P  =/=  z  <->  -.  z  =  P )
3329, 32anbi12i 679 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( z  =/=  1  /\  P  =/=  z )  <-> 
( -.  z  =  1  /\  -.  z  =  P ) )
34 ioran 477 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( -.  ( z  =  1  \/  z  =  P )  <->  ( -.  z  =  1  /\  -.  z  =  P )
)
3533, 34bitr4i 244 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  =/=  1  /\  P  =/=  z )  <->  -.  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )
3628, 35syl6bb 253 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( 1  <  z  <->  z  =/=  1 )  /\  ( z  <  P  <->  P  =/=  z ) )  ->  ( ( 1  <  z  /\  z  <  P )  <->  -.  (
z  =  1  \/  z  =  P ) ) )
3727, 36syl6 31 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  ->  ( ( 1  <_ 
z  /\  z  <_  P )  ->  ( (
1  <  z  /\  z  <  P )  <->  -.  (
z  =  1  \/  z  =  P ) ) ) )
3810, 9, 37syl2an 464 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  -> 
( ( 1  <_ 
z  /\  z  <_  P )  ->  ( (
1  <  z  /\  z  <  P )  <->  -.  (
z  =  1  \/  z  =  P ) ) ) )
3916, 38syld 42 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  -> 
( z  ||  P  ->  ( ( 1  < 
z  /\  z  <  P )  <->  -.  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) ) )
4039imp 419 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  z  ||  P )  -> 
( ( 1  < 
z  /\  z  <  P )  <->  -.  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) )
41 eluzelz 10428 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  ZZ )
42 1z 10243 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  1  e.  ZZ
43 zltp1le 10257 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( 1  e.  ZZ  /\  z  e.  ZZ )  ->  ( 1  <  z  <->  ( 1  +  1 )  <_  z ) )
4442, 43mpan 652 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( z  e.  ZZ  ->  (
1  <  z  <->  ( 1  +  1 )  <_ 
z ) )
45 df-2 9990 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  2  =  ( 1  +  1 )
4645breq1i 4160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( 2  <_  z  <->  ( 1  +  1 )  <_ 
z )
4744, 46syl6bbr 255 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  e.  ZZ  ->  (
1  <  z  <->  2  <_  z ) )
4847adantr 452 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  ( 1  <  z  <->  2  <_  z ) )
49 zltlem1 10260 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  ( z  <  P  <->  z  <_  ( P  - 
1 ) ) )
5048, 49anbi12d 692 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  ( ( 1  < 
z  /\  z  <  P )  <->  ( 2  <_ 
z  /\  z  <_  ( P  -  1 ) ) ) )
51 peano2zm 10252 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( P  e.  ZZ  ->  ( P  -  1 )  e.  ZZ )
52 2z 10244 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  2  e.  ZZ
53 elfz 10981 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  2  e.  ZZ  /\  ( P  -  1 )  e.  ZZ )  -> 
( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  <-> 
( 2  <_  z  /\  z  <_  ( P  -  1 ) ) ) )
5452, 53mp3an2 1267 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  ( P  -  1
)  e.  ZZ )  ->  ( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  <->  ( 2  <_ 
z  /\  z  <_  ( P  -  1 ) ) ) )
5551, 54sylan2 461 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  ( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  <-> 
( 2  <_  z  /\  z  <_  ( P  -  1 ) ) ) )
5650, 55bitr4d 248 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  ( ( 1  < 
z  /\  z  <  P )  <->  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
5710, 41, 56syl2an 464 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  -> 
( ( 1  < 
z  /\  z  <  P )  <->  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
5857adantr 452 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  z  ||  P )  -> 
( ( 1  < 
z  /\  z  <  P )  <->  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
5940, 58bitr3d 247 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( z  e.  NN  /\  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  z  ||  P )  -> 
( -.  ( z  =  1  \/  z  =  P )  <->  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
6059anasss 629 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( z  e.  NN  /\  ( P  e.  ( ZZ>=
`  2 )  /\  z  ||  P ) )  ->  ( -.  (
z  =  1  \/  z  =  P )  <-> 
z  e.  ( 2 ... ( P  - 
1 ) ) ) )
6160expcom 425 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  (
z  e.  NN  ->  ( -.  ( z  =  1  \/  z  =  P )  <->  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) ) )
6261pm5.32d 621 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  (
( z  e.  NN  /\ 
-.  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )  <->  ( z  e.  NN  /\  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) ) )
63 fzssuz 11025 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( 2 ... ( P  - 
1 ) )  C_  ( ZZ>= `  2 )
64 2re 10001 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  2  e.  RR
65 1lt2 10074 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  1  <  2
6619, 64, 65ltleii 9127 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  1  <_  2
67 eluz 10431 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( 1  e.  ZZ  /\  2  e.  ZZ )  ->  ( 2  e.  (
ZZ>= `  1 )  <->  1  <_  2 ) )
6842, 52, 67mp2an 654 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( 2  e.  ( ZZ>= `  1
)  <->  1  <_  2
)
6966, 68mpbir 201 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  2  e.  ( ZZ>= `  1 )
70 uzss 10438 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 2  e.  ( ZZ>= `  1
)  ->  ( ZZ>= ` 
2 )  C_  ( ZZ>=
`  1 ) )
7169, 70ax-mp 8 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ZZ>= ` 
2 )  C_  ( ZZ>=
`  1 )
7263, 71sstri 3300 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( 2 ... ( P  - 
1 ) )  C_  ( ZZ>= `  1 )
73 nnuz 10453 . . . . . . . . . . . 12  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
7472, 73sseqtr4i 3324 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 2 ... ( P  - 
1 ) )  C_  NN
7574sseli 3287 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  ->  z  e.  NN )
7675pm4.71ri 615 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  <->  ( z  e.  NN  /\  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
7762, 76syl6bbr 255 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  (
( z  e.  NN  /\ 
-.  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )  <->  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
7877notbid 286 . . . . . . 7  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  ( -.  ( z  e.  NN  /\ 
-.  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )  <->  -.  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
792, 78syl5bb 249 . . . . . 6  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  (
( z  e.  NN  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )  <->  -.  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) )
8079pm5.74da 669 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  ||  P  ->  ( z  e.  NN  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) )  <->  ( z  ||  P  ->  -.  z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) ) ) ) )
81 bi2.04 351 . . . . 5  |-  ( ( z  ||  P  -> 
( z  e.  NN  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) )  <->  ( z  e.  NN  ->  ( z  ||  P  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) ) )
82 con2b 325 . . . . 5  |-  ( ( z  ||  P  ->  -.  z  e.  (
2 ... ( P  - 
1 ) ) )  <-> 
( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  ->  -.  z  ||  P ) )
8380, 81, 823bitr3g 279 . . . 4  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  e.  NN  ->  ( z  ||  P  -> 
( z  =  1  \/  z  =  P ) ) )  <->  ( z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  ->  -.  z  ||  P ) ) )
8483ralbidv2 2671 . . 3  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( A. z  e.  NN  (
z  ||  P  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) )  <->  A. z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  -.  z  ||  P
) )
8584pm5.32i 619 . 2  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  A. z  e.  NN  (
z  ||  P  ->  ( z  =  1  \/  z  =  P ) ) )  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  -.  z  ||  P
) )
861, 85bitri 241 1  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  ( 2 ... ( P  -  1 ) )  -.  z  ||  P
) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    \/ wo 358    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1717    =/= wne 2550   A.wral 2649    C_ wss 3263   class class class wbr 4153   ` cfv 5394  (class class class)co 6020   RRcr 8922   1c1 8924    + caddc 8926    < clt 9053    <_ cle 9054    - cmin 9223   NNcn 9932   2c2 9981   ZZcz 10214   ZZ>=cuz 10420   ...cfz 10975    || cdivides 12779   Primecprime 13006
This theorem is referenced by:  prmind2  13017  2prm  13022  3prm  13023  wilth  20721  mersenne  20878
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1661  ax-8 1682  ax-13 1719  ax-14 1721  ax-6 1736  ax-7 1741  ax-11 1753  ax-12 1939  ax-ext 2368  ax-sep 4271  ax-nul 4279  ax-pow 4318  ax-pr 4344  ax-un 4641  ax-cnex 8979  ax-resscn 8980  ax-1cn 8981  ax-icn 8982  ax-addcl 8983  ax-addrcl 8984  ax-mulcl 8985  ax-mulrcl 8986  ax-mulcom 8987  ax-addass 8988  ax-mulass 8989  ax-distr 8990  ax-i2m1 8991  ax-1ne0 8992  ax-1rid 8993  ax-rnegex 8994  ax-rrecex 8995  ax-cnre 8996  ax-pre-lttri 8997  ax-pre-lttrn 8998  ax-pre-ltadd 8999  ax-pre-mulgt0 9000
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2242  df-mo 2243  df-clab 2374  df-cleq 2380  df-clel 2383  df-nfc 2512  df-ne 2552  df-nel 2553  df-ral 2654  df-rex 2655  df-reu 2656  df-rab 2658  df-v 2901  df-sbc 3105  df-csb 3195  df-dif 3266  df-un 3268  df-in 3270  df-ss 3277  df-pss 3279  df-nul 3572  df-if 3683  df-pw 3744  df-sn 3763  df-pr 3764  df-tp 3765  df-op 3766  df-uni 3958  df-int 3993  df-iun 4037  df-br 4154  df-opab 4208  df-mpt 4209  df-tr 4244  df-eprel 4435  df-id 4439  df-po 4444  df-so 4445  df-fr 4482  df-we 4484  df-ord 4525  df-on 4526  df-lim 4527  df-suc 4528  df-om 4786  df-xp 4824  df-rel 4825  df-cnv 4826  df-co 4827  df-dm 4828  df-rn 4829  df-res 4830  df-ima 4831  df-iota 5358  df-fun 5396  df-fn 5397  df-f 5398  df-f1 5399  df-fo 5400  df-f1o 5401  df-fv 5402  df-ov 6023  df-oprab 6024  df-mpt2 6025  df-1st 6288  df-2nd 6289  df-riota 6485  df-recs 6569  df-rdg 6604  df-1o 6660  df-2o 6661  df-oadd 6664  df-er 6841  df-en 7046  df-dom 7047  df-sdom 7048  df-fin 7049  df-pnf 9055  df-mnf 9056  df-xr 9057  df-ltxr 9058  df-le 9059  df-sub 9225  df-neg 9226  df-nn 9933  df-2 9990  df-n0 10154  df-z 10215  df-uz 10421  df-fz 10976  df-dvds 12780  df-prm 13007
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