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Theorem pcfac 12963
Description: Calculate the prime count of a factorial. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Mar-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 21-May-2014.)
Assertion
Ref Expression
pcfac  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  M  e.  ( ZZ>= `  N )  /\  P  e.  Prime )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... M ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) )
Distinct variable groups:    P, k    k, N    k, M

Proof of Theorem pcfac
Dummy variables  m  n  x are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 5541 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  0  ->  ( ZZ>=
`  x )  =  ( ZZ>= `  0 )
)
2 fveq2 5541 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  0  ->  ( ! `  x )  =  ( ! ` 
0 ) )
32oveq2d 5890 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  0  ->  ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  =  ( P  pCnt  ( ! `  0 )
) )
4 oveq1 5881 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  0  ->  (
x  /  ( P ^ k ) )  =  ( 0  / 
( P ^ k
) ) )
54fveq2d 5545 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  0  ->  ( |_ `  ( x  / 
( P ^ k
) ) )  =  ( |_ `  (
0  /  ( P ^ k ) ) ) )
65sumeq2sdv 12193 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  0  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( 0  /  ( P ^ k ) ) ) )
73, 6eqeq12d 2310 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  0  ->  (
( P  pCnt  ( ! `  x )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( ! `  0 ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( 0  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
81, 7raleqbidv 2761 . . . . . . 7  |-  ( x  =  0  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  A. m  e.  (
ZZ>= `  0 ) ( P  pCnt  ( ! `  0 ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
0  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
98imbi2d 307 . . . . . 6  |-  ( x  =  0  ->  (
( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) ) )  <->  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  0 )
( P  pCnt  ( ! `  0 )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( 0  /  ( P ^ k ) ) ) ) ) )
10 fveq2 5541 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  n  ->  ( ZZ>=
`  x )  =  ( ZZ>= `  n )
)
11 fveq2 5541 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  n  ->  ( ! `  x )  =  ( ! `  n ) )
1211oveq2d 5890 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  n  ->  ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  =  ( P  pCnt  ( ! `  n )
) )
13 oveq1 5881 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  n  ->  (
x  /  ( P ^ k ) )  =  ( n  / 
( P ^ k
) ) )
1413fveq2d 5545 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  n  ->  ( |_ `  ( x  / 
( P ^ k
) ) )  =  ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) ) )
1514sumeq2sdv 12193 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  n  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) )
1612, 15eqeq12d 2310 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  n  ->  (
( P  pCnt  ( ! `  x )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( ! `  n ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
1710, 16raleqbidv 2761 . . . . . . 7  |-  ( x  =  n  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  A. m  e.  (
ZZ>= `  n ) ( P  pCnt  ( ! `  n ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
1817imbi2d 307 . . . . . 6  |-  ( x  =  n  ->  (
( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) ) )  <->  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  n )
( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) ) ) )
19 fveq2 5541 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  ( ZZ>=
`  x )  =  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )
20 fveq2 5541 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  ( ! `  x )  =  ( ! `  ( n  +  1
) ) )
2120oveq2d 5890 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  =  ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) ) )
22 oveq1 5881 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  (
x  /  ( P ^ k ) )  =  ( ( n  +  1 )  / 
( P ^ k
) ) )
2322fveq2d 5545 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  ( |_ `  ( x  / 
( P ^ k
) ) )  =  ( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) ) )
2423sumeq2sdv 12193 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) )
2521, 24eqeq12d 2310 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  (
( P  pCnt  ( ! `  x )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
2619, 25raleqbidv 2761 . . . . . . 7  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  A. m  e.  (
ZZ>= `  ( n  + 
1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
2726imbi2d 307 . . . . . 6  |-  ( x  =  ( n  + 
1 )  ->  (
( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) ) )  <->  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) ) )
28 fveq2 5541 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  N  ->  ( ZZ>=
`  x )  =  ( ZZ>= `  N )
)
29 fveq2 5541 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  N  ->  ( ! `  x )  =  ( ! `  N ) )
3029oveq2d 5890 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  N  ->  ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  =  ( P  pCnt  ( ! `  N )
) )
31 oveq1 5881 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  N  ->  (
x  /  ( P ^ k ) )  =  ( N  / 
( P ^ k
) ) )
3231fveq2d 5545 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  N  ->  ( |_ `  ( x  / 
( P ^ k
) ) )  =  ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) )
3332sumeq2sdv 12193 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  N  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) )
3430, 33eqeq12d 2310 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  N  ->  (
( P  pCnt  ( ! `  x )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
3528, 34raleqbidv 2761 . . . . . . 7  |-  ( x  =  N  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) )  <->  A. m  e.  (
ZZ>= `  N ) ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) ) )
3635imbi2d 307 . . . . . 6  |-  ( x  =  N  ->  (
( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>=
`  x ) ( P  pCnt  ( ! `  x ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
x  /  ( P ^ k ) ) ) )  <->  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  N )
( P  pCnt  ( ! `  N )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) ) ) )
37 fzfid 11051 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= `  0 )
)  ->  ( 1 ... m )  e. 
Fin )
38 sumz 12211 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( 1 ... m
)  C_  ( ZZ>= ` 
1 )  \/  (
1 ... m )  e. 
Fin )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) 0  =  0 )
3938olcs 384 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 1 ... m )  e.  Fin  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) 0  =  0 )
4037, 39syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= `  0 )
)  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) 0  =  0 )
41 0nn0 9996 . . . . . . . . . . 11  |-  0  e.  NN0
4241a1i 10 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= ` 
0 ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m ) )  ->  0  e.  NN0 )
43 elfznn 10835 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( k  e.  ( 1 ... m )  ->  k  e.  NN )
4443nnnn0d 10034 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( k  e.  ( 1 ... m )  ->  k  e.  NN0 )
45 nn0uz 10278 . . . . . . . . . . . 12  |-  NN0  =  ( ZZ>= `  0 )
4644, 45syl6eleq 2386 . . . . . . . . . . 11  |-  ( k  e.  ( 1 ... m )  ->  k  e.  ( ZZ>= `  0 )
)
4746adantl 452 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= ` 
0 ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m ) )  ->  k  e.  (
ZZ>= `  0 ) )
48 simpll 730 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= ` 
0 ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m ) )  ->  P  e.  Prime )
49 pcfaclem 12962 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( 0  e.  NN0  /\  k  e.  ( ZZ>= ` 
0 )  /\  P  e.  Prime )  ->  ( |_ `  ( 0  / 
( P ^ k
) ) )  =  0 )
5042, 47, 48, 49syl3anc 1182 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= ` 
0 ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m ) )  ->  ( |_ `  ( 0  /  ( P ^ k ) ) )  =  0 )
5150sumeq2dv 12192 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= `  0 )
)  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( 0  /  ( P ^ k ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) 0 )
52 fac0 11307 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ! `
 0 )  =  1
5352oveq2i 5885 . . . . . . . . . 10  |-  ( P 
pCnt  ( ! ` 
0 ) )  =  ( P  pCnt  1
)
54 pc1 12924 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  Prime  ->  ( P 
pCnt  1 )  =  0 )
5553, 54syl5eq 2340 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  Prime  ->  ( P 
pCnt  ( ! ` 
0 ) )  =  0 )
5655adantr 451 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= `  0 )
)  ->  ( P  pCnt  ( ! `  0
) )  =  0 )
5740, 51, 563eqtr4rd 2339 . . . . . . 7  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  m  e.  ( ZZ>= `  0 )
)  ->  ( P  pCnt  ( ! `  0
) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  ( 0  /  ( P ^
k ) ) ) )
5857ralrimiva 2639 . . . . . 6  |-  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  0 )
( P  pCnt  ( ! `  0 )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( 0  /  ( P ^ k ) ) ) )
59 nn0z 10062 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( n  e.  NN0  ->  n  e.  ZZ )
6059adantr 451 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  ->  n  e.  ZZ )
61 uzid 10258 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  e.  ZZ  ->  n  e.  ( ZZ>= `  n )
)
62 peano2uz 10288 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  e.  ( ZZ>= `  n
)  ->  ( n  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  n )
)
6360, 61, 623syl 18 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  -> 
( n  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  n ) )
64 uzss 10264 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( n  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  n
)  ->  ( ZZ>= `  ( n  +  1
) )  C_  ( ZZ>=
`  n ) )
65 ssralv 3250 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ZZ>= `  ( n  + 
1 ) )  C_  ( ZZ>= `  n )  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>= `  n )
( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
6663, 64, 653syl 18 . . . . . . . . 9  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  -> 
( A. m  e.  ( ZZ>= `  n )
( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
67 oveq1 5881 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  pCnt  ( ! `  n ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  ( ( P  pCnt  ( ! `  n ) )  +  ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) )  =  (
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  +  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) )
68 simpll 730 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  n  e.  NN0 )
69 facp1 11309 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( ! `
 ( n  + 
1 ) )  =  ( ( ! `  n )  x.  (
n  +  1 ) ) )
7068, 69syl 15 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ! `  ( n  +  1
) )  =  ( ( ! `  n
)  x.  ( n  +  1 ) ) )
7170oveq2d 5890 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  ( P 
pCnt  ( ( ! `
 n )  x.  ( n  +  1 ) ) ) )
72 simplr 731 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  P  e.  Prime )
73 faccl 11314 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( ! `
 n )  e.  NN )
74 nnz 10061 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ! `  n )  e.  NN  ->  ( ! `  n )  e.  ZZ )
75 nnne0 9794 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ! `  n )  e.  NN  ->  ( ! `  n )  =/=  0 )
7674, 75jca 518 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ! `  n )  e.  NN  ->  (
( ! `  n
)  e.  ZZ  /\  ( ! `  n )  =/=  0 ) )
7768, 73, 763syl 18 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( ! `
 n )  e.  ZZ  /\  ( ! `
 n )  =/=  0 ) )
78 nn0p1nn 10019 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( n  +  1 )  e.  NN )
79 nnz 10061 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( n  +  1 )  e.  NN  ->  (
n  +  1 )  e.  ZZ )
80 nnne0 9794 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( n  +  1 )  e.  NN  ->  (
n  +  1 )  =/=  0 )
8179, 80jca 518 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( n  +  1 )  e.  NN  ->  (
( n  +  1 )  e.  ZZ  /\  ( n  +  1
)  =/=  0 ) )
8268, 78, 813syl 18 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( n  +  1 )  e.  ZZ  /\  ( n  +  1 )  =/=  0 ) )
83 pcmul 12920 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  (
( ! `  n
)  e.  ZZ  /\  ( ! `  n )  =/=  0 )  /\  ( ( n  + 
1 )  e.  ZZ  /\  ( n  +  1 )  =/=  0 ) )  ->  ( P  pCnt  ( ( ! `  n )  x.  (
n  +  1 ) ) )  =  ( ( P  pCnt  ( ! `  n )
)  +  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) )
8472, 77, 82, 83syl3anc 1182 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( ( ! `  n
)  x.  ( n  +  1 ) ) )  =  ( ( P  pCnt  ( ! `  n ) )  +  ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) ) )
8571, 84eqtr2d 2329 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( P 
pCnt  ( ! `  n ) )  +  ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) )  =  ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) ) )
8668adantr 451 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  n  e.  NN0 )
8786nn0zd 10131 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  n  e.  ZZ )
88 prmnn 12777 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  NN )
8988ad2antlr 707 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  P  e.  NN )
90 nnexpcl 11132 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( P  e.  NN  /\  k  e.  NN0 )  -> 
( P ^ k
)  e.  NN )
9189, 44, 90syl2an 463 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  ( P ^ k )  e.  NN )
92 fldivp1 12961 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( n  e.  ZZ  /\  ( P ^ k )  e.  NN )  -> 
( ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  ( |_
`  ( n  / 
( P ^ k
) ) ) )  =  if ( ( P ^ k ) 
||  ( n  + 
1 ) ,  1 ,  0 ) )
9387, 91, 92syl2anc 642 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  ( |_
`  ( n  / 
( P ^ k
) ) ) )  =  if ( ( P ^ k ) 
||  ( n  + 
1 ) ,  1 ,  0 ) )
94 elfzuz 10810 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( k  e.  ( 1 ... m )  ->  k  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
9568, 78syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( n  + 
1 )  e.  NN )
9672, 95pccld 12919 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  e.  NN0 )
9796nn0zd 10131 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  e.  ZZ )
98 elfz5 10806 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( k  e.  ( ZZ>= ` 
1 )  /\  ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) )  e.  ZZ )  ->  (
k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) )  <->  k  <_  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) ) )
9994, 97, 98syl2anr 464 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) )  <->  k  <_  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) ) )
100 simpllr 735 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  P  e.  Prime )
10186, 78syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
n  +  1 )  e.  NN )
102101nnzd 10132 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
n  +  1 )  e.  ZZ )
10344adantl 452 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  k  e.  NN0 )
104 pcdvdsb 12937 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  (
n  +  1 )  e.  ZZ  /\  k  e.  NN0 )  ->  (
k  <_  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <->  ( P ^ k )  ||  ( n  +  1
) ) )
105100, 102, 103, 104syl3anc 1182 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
k  <_  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <->  ( P ^ k )  ||  ( n  +  1
) ) )
10699, 105bitr2d 245 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
( P ^ k
)  ||  ( n  +  1 )  <->  k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ) )
107106ifbid 3596 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  if ( ( P ^
k )  ||  (
n  +  1 ) ,  1 ,  0 )  =  if ( k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) ) ,  1 ,  0 ) )
10893, 107eqtrd 2328 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  ( |_
`  ( n  / 
( P ^ k
) ) ) )  =  if ( k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) ) ,  1 ,  0 ) )
109108sumeq2dv 12192 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  ( |_
`  ( n  / 
( P ^ k
) ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) if ( k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ,  1 ,  0 ) )
110 fzfid 11051 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( 1 ... m )  e.  Fin )
11168nn0red 10035 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  n  e.  RR )
112 peano2re 9001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( n  e.  RR  ->  (
n  +  1 )  e.  RR )
113111, 112syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( n  + 
1 )  e.  RR )
114113adantr 451 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
n  +  1 )  e.  RR )
115114, 91nndivred 9810 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) )  e.  RR )
116115flcld 10946 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  ( |_ `  ( ( n  +  1 )  / 
( P ^ k
) ) )  e.  ZZ )
117116zcnd 10134 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  ( |_ `  ( ( n  +  1 )  / 
( P ^ k
) ) )  e.  CC )
118111adantr 451 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  n  e.  RR )
119118, 91nndivred 9810 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  (
n  /  ( P ^ k ) )  e.  RR )
120119flcld 10946 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  ( |_ `  ( n  / 
( P ^ k
) ) )  e.  ZZ )
121120zcnd 10134 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( n  e. 
NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) )  /\  k  e.  ( 1 ... m
) )  ->  ( |_ `  ( n  / 
( P ^ k
) ) )  e.  CC )
122110, 117, 121fsumsub 12266 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  ( |_
`  ( n  / 
( P ^ k
) ) ) )  =  ( sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
123 fzfi 11050 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( 1 ... m )  e. 
Fin
12496nn0red 10035 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  e.  RR )
125 eluzelz 10254 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  (
n  +  1 ) )  ->  m  e.  ZZ )
126125adantl 452 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  m  e.  ZZ )
127126zred 10133 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  m  e.  RR )
128 prmuz2 12792 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
129128ad2antlr 707 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  P  e.  (
ZZ>= `  2 ) )
13095nnnn0d 10034 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( n  + 
1 )  e.  NN0 )
131 bernneq3 11245 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  (
n  +  1 )  e.  NN0 )  -> 
( n  +  1 )  <  ( P ^ ( n  + 
1 ) ) )
132129, 130, 131syl2anc 642 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( n  + 
1 )  <  ( P ^ ( n  + 
1 ) ) )
133124, 113letrid 8985 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) )  <_ 
( n  +  1 )  \/  ( n  +  1 )  <_ 
( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) ) )
134133ord 366 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( -.  ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) )  <_ 
( n  +  1 )  ->  ( n  +  1 )  <_ 
( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) ) )
13595nnzd 10132 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( n  + 
1 )  e.  ZZ )
136 pcdvdsb 12937 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  (
n  +  1 )  e.  ZZ  /\  (
n  +  1 )  e.  NN0 )  -> 
( ( n  + 
1 )  <_  ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) )  <->  ( P ^ ( n  + 
1 ) )  ||  ( n  +  1
) ) )
13772, 135, 130, 136syl3anc 1182 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( n  +  1 )  <_ 
( P  pCnt  (
n  +  1 ) )  <->  ( P ^
( n  +  1 ) )  ||  (
n  +  1 ) ) )
13889, 130nnexpcld 11282 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P ^
( n  +  1 ) )  e.  NN )
139138nnzd 10132 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P ^
( n  +  1 ) )  e.  ZZ )
140 dvdsle 12590 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( ( ( P ^ (
n  +  1 ) )  e.  ZZ  /\  ( n  +  1
)  e.  NN )  ->  ( ( P ^ ( n  + 
1 ) )  ||  ( n  +  1
)  ->  ( P ^ ( n  + 
1 ) )  <_ 
( n  +  1 ) ) )
141139, 95, 140syl2anc 642 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( P ^ ( n  + 
1 ) )  ||  ( n  +  1
)  ->  ( P ^ ( n  + 
1 ) )  <_ 
( n  +  1 ) ) )
142138nnred 9777 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P ^
( n  +  1 ) )  e.  RR )
143142, 113lenltd 8981 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( P ^ ( n  + 
1 ) )  <_ 
( n  +  1 )  <->  -.  ( n  +  1 )  < 
( P ^ (
n  +  1 ) ) ) )
144141, 143sylibd 205 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( P ^ ( n  + 
1 ) )  ||  ( n  +  1
)  ->  -.  (
n  +  1 )  <  ( P ^
( n  +  1 ) ) ) )
145137, 144sylbid 206 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( n  +  1 )  <_ 
( P  pCnt  (
n  +  1 ) )  ->  -.  (
n  +  1 )  <  ( P ^
( n  +  1 ) ) ) )
146134, 145syld 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( -.  ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) )  <_ 
( n  +  1 )  ->  -.  (
n  +  1 )  <  ( P ^
( n  +  1 ) ) ) )
147132, 146mt4d 130 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <_  ( n  +  1 ) )
148 eluzle 10256 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  (
n  +  1 ) )  ->  ( n  +  1 )  <_  m )
149148adantl 452 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( n  + 
1 )  <_  m
)
150124, 113, 127, 147, 149letrd 8989 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <_  m )
151 eluz 10257 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( P  pCnt  (
n  +  1 ) )  e.  ZZ  /\  m  e.  ZZ )  ->  ( m  e.  (
ZZ>= `  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <_  m
) )
15297, 126, 151syl2anc 642 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( m  e.  ( ZZ>= `  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <_  m
) )
153150, 152mpbird 223 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  m  e.  (
ZZ>= `  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) ) )
154 fzss2 10847 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( 1 ... ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) )  C_  (
1 ... m ) )
155153, 154syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( 1 ... ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) )  C_  (
1 ... m ) )
156 sumhash 12960 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( 1 ... m
)  e.  Fin  /\  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) 
C_  ( 1 ... m ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) if ( k  e.  ( 1 ... ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ,  1 ,  0 )  =  ( # `  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ) )
157123, 155, 156sylancr 644 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) if ( k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ,  1 ,  0 )  =  ( # `  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ) )
158 hashfz1 11361 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  e.  NN0  ->  ( # `  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) )  =  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) )
15996, 158syl 15 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( # `  (
1 ... ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) ) )  =  ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) )
160157, 159eqtrd 2328 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) if ( k  e.  ( 1 ... ( P  pCnt  ( n  + 
1 ) ) ) ,  1 ,  0 )  =  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) )
161109, 122, 1603eqtr3d 2336 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) )  -  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) ) )  =  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) ) )
162110, 117fsumcl 12222 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) )  e.  CC )
163110, 121fsumcl 12222 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  e.  CC )
164124recnd 8877 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  e.  CC )
165162, 163, 164subaddd 9191 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  ( ( n  +  1 )  /  ( P ^
k ) ) )  -  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) ) )  =  ( P  pCnt  ( n  +  1 ) )  <-> 
( sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  +  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
166161, 165mpbid 201 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) )  +  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
( n  +  1 )  /  ( P ^ k ) ) ) )
16785, 166eqeq12d 2310 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( ( P  pCnt  ( ! `  n ) )  +  ( P  pCnt  (
n  +  1 ) ) )  =  (
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  +  ( P 
pCnt  ( n  + 
1 ) ) )  <-> 
( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
16867, 167syl5ib 210 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  /\  m  e.  ( ZZ>=
`  ( n  + 
1 ) ) )  ->  ( ( P 
pCnt  ( ! `  n ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  (
n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  ( ( n  +  1 )  /  ( P ^
k ) ) ) ) )
169168ralimdva 2634 . . . . . . . . 9  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  -> 
( A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
17066, 169syld 40 . . . . . . . 8  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  -> 
( A. m  e.  ( ZZ>= `  n )
( P  pCnt  ( ! `  n )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
171170ex 423 . . . . . . 7  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( P  e.  Prime  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>= `  n ) ( P 
pCnt  ( ! `  n ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) )  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) ) )
172171a2d 23 . . . . . 6  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  n ) ( P 
pCnt  ( ! `  n ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  (
n  /  ( P ^ k ) ) ) )  ->  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  ( n  +  1 ) ) ( P  pCnt  ( ! `  ( n  +  1 ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( ( n  + 
1 )  /  ( P ^ k ) ) ) ) ) )
1739, 18, 27, 36, 58, 172nn0ind 10124 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( P  e.  Prime  ->  A. m  e.  ( ZZ>= `  N )
( P  pCnt  ( ! `  N )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
174173imp 418 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  ->  A. m  e.  ( ZZ>=
`  N ) ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) )
175 oveq2 5882 . . . . . . 7  |-  ( m  =  M  ->  (
1 ... m )  =  ( 1 ... M
) )
176175sumeq1d 12190 . . . . . 6  |-  ( m  =  M  ->  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... M
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) )
177176eqeq2d 2307 . . . . 5  |-  ( m  =  M  ->  (
( P  pCnt  ( ! `  N )
)  =  sum_ k  e.  ( 1 ... m
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) )  <->  ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... M
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
178177rspcv 2893 . . . 4  |-  ( M  e.  ( ZZ>= `  N
)  ->  ( A. m  e.  ( ZZ>= `  N ) ( P 
pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... m ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  =  sum_ k  e.  ( 1 ... M
) ( |_ `  ( N  /  ( P ^ k ) ) ) ) )
179174, 178syl5 28 . . 3  |-  ( M  e.  ( ZZ>= `  N
)  ->  ( ( N  e.  NN0  /\  P  e.  Prime )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... M ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) ) )
1801793impib 1149 . 2  |-  ( ( M  e.  ( ZZ>= `  N )  /\  N  e.  NN0  /\  P  e. 
Prime )  ->  ( P 
pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... M ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) )
1811803com12 1155 1  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  M  e.  ( ZZ>= `  N )  /\  P  e.  Prime )  ->  ( P  pCnt  ( ! `  N ) )  = 
sum_ k  e.  ( 1 ... M ) ( |_ `  ( N  /  ( P ^
k ) ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1632    e. wcel 1696    =/= wne 2459   A.wral 2556    C_ wss 3165   ifcif 3578   class class class wbr 4039   ` cfv 5271  (class class class)co 5874   Fincfn 6879   RRcr 8752   0cc0 8753   1c1 8754    + caddc 8756    x. cmul 8758    < clt 8883    <_ cle 8884    - cmin 9053    / cdiv 9439   NNcn 9762   2c2 9811   NN0cn0 9981   ZZcz 10040   ZZ>=cuz 10246   ...cfz 10798   |_cfl 10940   ^cexp 11120   !cfa 11304   #chash 11353   sum_csu 12174    || cdivides 12547   Primecprime 12774    pCnt cpc 12905
This theorem is referenced by:  pcbc  12964
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-inf2 7358  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830  ax-pre-sup 8831
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-int 3879  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-se 4369  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-isom 5280  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-1o 6495  df-2o 6496  df-oadd 6499  df-er 6676  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-fin 6883  df-sup 7210  df-oi 7241  df-card 7588  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-2 9820  df-3 9821  df-n0 9982  df-z 10041  df-uz 10247  df-q 10333  df-rp 10371  df-fz 10799  df-fzo 10887  df-fl 10941  df-mod 10990  df-seq 11063  df-exp 11121  df-fac 11305  df-hash 11354  df-cj 11600  df-re 11601  df-im 11602  df-sqr 11736  df-abs 11737  df-clim 11978  df-sum 12175  df-dvds 12548  df-gcd 12702  df-prm 12775  df-pc 12906
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