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Theorem pockthg 13274
Description: The generalized Pocklington's theorem. If  N  -  1  =  A  x.  B where  B  <  A, then  N is prime if and only if for every prime factor  p of  A, there is an  x such that  x ^ ( N  -  1 )  =  1 (  mod 
N ) and  gcd  ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p )  -  1 ,  N )  =  1. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Mar-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
pockthg.1  |-  ( ph  ->  A  e.  NN )
pockthg.2  |-  ( ph  ->  B  e.  NN )
pockthg.3  |-  ( ph  ->  B  <  A )
pockthg.4  |-  ( ph  ->  N  =  ( ( A  x.  B )  +  1 ) )
pockthg.5  |-  ( ph  ->  A. p  e.  Prime  ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )
Assertion
Ref Expression
pockthg  |-  ( ph  ->  N  e.  Prime )
Distinct variable groups:    x, p, N    A, p, x    ph, p, x
Allowed substitution hints:    B( x, p)

Proof of Theorem pockthg
Dummy variable  q is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 pockthg.4 . . 3  |-  ( ph  ->  N  =  ( ( A  x.  B )  +  1 ) )
2 pockthg.1 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  A  e.  NN )
3 pockthg.2 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  B  e.  NN )
42, 3nnmulcld 10047 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( A  x.  B
)  e.  NN )
5 nnuz 10521 . . . . . 6  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
64, 5syl6eleq 2526 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( A  x.  B
)  e.  ( ZZ>= ` 
1 ) )
7 eluzp1p1 10511 . . . . 5  |-  ( ( A  x.  B )  e.  ( ZZ>= `  1
)  ->  ( ( A  x.  B )  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  ( 1  +  1 ) ) )
86, 7syl 16 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( A  x.  B )  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  ( 1  +  1 ) ) )
9 df-2 10058 . . . . 5  |-  2  =  ( 1  +  1 )
109fveq2i 5731 . . . 4  |-  ( ZZ>= ` 
2 )  =  (
ZZ>= `  ( 1  +  1 ) )
118, 10syl6eleqr 2527 . . 3  |-  ( ph  ->  ( ( A  x.  B )  +  1 )  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
121, 11eqeltrd 2510 . 2  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
13 eluzelre 10497 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  e.  RR )
1412, 13syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  N  e.  RR )
1514adantr 452 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  N  e.  RR )
162nnred 10015 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  A  e.  RR )
1716resqcld 11549 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( A ^ 2 )  e.  RR )
1817adantr 452 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A ^ 2 )  e.  RR )
19 prmnn 13082 . . . . . . . . . 10  |-  ( q  e.  Prime  ->  q  e.  NN )
2019ad2antrl 709 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
q  e.  NN )
2120nnred 10015 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
q  e.  RR )
2221resqcld 11549 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( q ^ 2 )  e.  RR )
23 pockthg.3 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  B  <  A )
243nnred 10015 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ph  ->  B  e.  RR )
252nngt0d 10043 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ph  ->  0  <  A )
26 ltmul2 9861 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( B  e.  RR  /\  A  e.  RR  /\  ( A  e.  RR  /\  0  <  A ) )  -> 
( B  <  A  <->  ( A  x.  B )  <  ( A  x.  A ) ) )
2724, 16, 16, 25, 26syl112anc 1188 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  ( B  <  A  <->  ( A  x.  B )  <  ( A  x.  A ) ) )
2823, 27mpbid 202 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  ( A  x.  B
)  <  ( A  x.  A ) )
292, 2nnmulcld 10047 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  ( A  x.  A
)  e.  NN )
30 nnltp1le 10330 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( A  x.  B
)  e.  NN  /\  ( A  x.  A
)  e.  NN )  ->  ( ( A  x.  B )  < 
( A  x.  A
)  <->  ( ( A  x.  B )  +  1 )  <_  ( A  x.  A )
) )
314, 29, 30syl2anc 643 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  ( ( A  x.  B )  <  ( A  x.  A )  <->  ( ( A  x.  B
)  +  1 )  <_  ( A  x.  A ) ) )
3228, 31mpbid 202 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( ( A  x.  B )  +  1 )  <_  ( A  x.  A ) )
332nncnd 10016 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  A  e.  CC )
3433sqvald 11520 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( A ^ 2 )  =  ( A  x.  A ) )
3532, 1, 343brtr4d 4242 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  N  <_  ( A ^ 2 ) )
3635adantr 452 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  N  <_  ( A ^
2 ) )
37 pockthg.5 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ph  ->  A. p  e.  Prime  ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )
3837adantr 452 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A. p  e.  Prime  ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )
39 prmnn 13082 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( p  e.  Prime  ->  p  e.  NN )
4039ad2antrl 709 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  p  e.  NN )
4140nncnd 10016 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  p  e.  CC )
4241exp1d 11518 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  ( p ^ 1 )  =  p )
43 nnge1 10026 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( p  pCnt  A )  e.  NN  ->  1  <_  ( p  pCnt  A )
)
4443ad2antll 710 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  1  <_  ( p  pCnt  A )
)
45 simprl 733 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  p  e.  Prime )
462nnzd 10374 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ph  ->  A  e.  ZZ )
4746ad2antrr 707 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  A  e.  ZZ )
48 1nn0 10237 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  1  e.  NN0
4948a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  1  e.  NN0 )
50 pcdvdsb 13242 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( p  e.  Prime  /\  A  e.  ZZ  /\  1  e. 
NN0 )  ->  (
1  <_  ( p  pCnt  A )  <->  ( p ^ 1 )  ||  A ) )
5145, 47, 49, 50syl3anc 1184 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  ( 1  <_  ( p  pCnt  A )  <->  ( p ^
1 )  ||  A
) )
5244, 51mpbid 202 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  ( p ^ 1 )  ||  A )
5342, 52eqbrtrrd 4234 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  p  ||  A
)
54 simpl1 960 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  ph )
5554, 2syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  A  e.  NN )
5654, 3syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  B  e.  NN )
5754, 23syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  B  <  A )
5854, 1syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  N  =  ( ( A  x.  B )  +  1 ) )
59 simpl2l 1010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  -> 
q  e.  Prime )
60 simpl2r 1011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  -> 
q  ||  N )
61 simpl3l 1012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  p  e.  Prime )
62 simpl3r 1013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  -> 
( p  pCnt  A
)  e.  NN )
63 simprl 733 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  ->  x  e.  ZZ )
64 simprrl 741 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  -> 
( ( x ^
( N  -  1 ) )  mod  N
)  =  1 )
65 simprrr 742 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  -> 
( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  - 
1 )  gcd  N
)  =  1 )
6655, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65pockthlem 13273 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  /\  ( x  e.  ZZ  /\  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) ) )  -> 
( p  pCnt  A
)  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) ) )
6766rexlimdvaa 2831 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N )  /\  (
p  e.  Prime  /\  (
p  pCnt  A )  e.  NN ) )  -> 
( E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  -  1 ) )  mod  N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ (
( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd  N )  =  1 )  ->  (
p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) ) )
68673expa 1153 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  ( E. x  e.  ZZ  (
( ( x ^
( N  -  1 ) )  mod  N
)  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  - 
1 )  gcd  N
)  =  1 )  ->  ( p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) ) ) )
6953, 68embantd 52 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  ( p  e.  Prime  /\  ( p  pCnt  A
)  e.  NN ) )  ->  ( (
p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  (
( ( x ^
( N  -  1 ) )  mod  N
)  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  - 
1 )  gcd  N
)  =  1 ) )  ->  ( p  pCnt  A )  <_  (
p  pCnt  ( q  -  1 ) ) ) )
7069expr 599 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( p  pCnt  A )  e.  NN  ->  ( ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) )  ->  (
p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) ) ) )
71 id 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( p  e.  Prime  ->  p  e. 
Prime )
72 prmuz2 13097 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( q  e.  Prime  ->  q  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
73 uz2m1nn 10550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( q  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( q  -  1 )  e.  NN )
7472, 73syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( q  e.  Prime  ->  ( q  -  1 )  e.  NN )
7574ad2antrl 709 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( q  -  1 )  e.  NN )
76 pccl 13223 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( p  e.  Prime  /\  (
q  -  1 )  e.  NN )  -> 
( p  pCnt  (
q  -  1 ) )  e.  NN0 )
7771, 75, 76syl2anr 465 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  pCnt  (
q  -  1 ) )  e.  NN0 )
7877nn0ge0d 10277 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
0  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) ) )
79 breq1 4215 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( p  pCnt  A )  =  0  ->  (
( p  pCnt  A
)  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) )  <->  0  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) ) ) )
8078, 79syl5ibrcom 214 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( p  pCnt  A )  =  0  -> 
( p  pCnt  A
)  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) ) ) )
8180a1dd 44 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( p  pCnt  A )  =  0  -> 
( ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) )  ->  (
p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) ) ) )
82 simpr 448 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  ->  p  e.  Prime )
832ad2antrr 707 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  ->  A  e.  NN )
8482, 83pccld 13224 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  pCnt  A
)  e.  NN0 )
85 elnn0 10223 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( p  pCnt  A )  e.  NN0  <->  ( ( p 
pCnt  A )  e.  NN  \/  ( p  pCnt  A
)  =  0 ) )
8684, 85sylib 189 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( p  pCnt  A )  e.  NN  \/  ( p  pCnt  A )  =  0 ) )
8770, 81, 86mpjaod 371 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ph  /\  (
q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) )  ->  (
p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) ) )
8887ralimdva 2784 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A. p  e. 
Prime  ( p  ||  A  ->  E. x  e.  ZZ  ( ( ( x ^ ( N  - 
1 ) )  mod 
N )  =  1  /\  ( ( ( x ^ ( ( N  -  1 )  /  p ) )  -  1 )  gcd 
N )  =  1 ) )  ->  A. p  e.  Prime  ( p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  ( q  -  1 ) ) ) )
8938, 88mpd 15 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A. p  e.  Prime  ( p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) )
9046adantr 452 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A  e.  ZZ )
9175nnzd 10374 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( q  -  1 )  e.  ZZ )
92 pc2dvds 13252 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A  e.  ZZ  /\  ( q  -  1 )  e.  ZZ )  ->  ( A  ||  ( q  -  1 )  <->  A. p  e.  Prime  ( p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) ) )
9390, 91, 92syl2anc 643 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A  ||  (
q  -  1 )  <->  A. p  e.  Prime  ( p  pCnt  A )  <_  ( p  pCnt  (
q  -  1 ) ) ) )
9489, 93mpbird 224 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A  ||  ( q  - 
1 ) )
95 dvdsle 12895 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A  e.  ZZ  /\  ( q  -  1 )  e.  NN )  ->  ( A  ||  ( q  -  1 )  ->  A  <_  ( q  -  1 ) ) )
9690, 75, 95syl2anc 643 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A  ||  (
q  -  1 )  ->  A  <_  (
q  -  1 ) ) )
9794, 96mpd 15 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A  <_  ( q  - 
1 ) )
982nnnn0d 10274 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  A  e.  NN0 )
9998adantr 452 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A  e.  NN0 )
10020nnnn0d 10274 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
q  e.  NN0 )
101 nn0ltlem1 10334 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A  e.  NN0  /\  q  e.  NN0 )  -> 
( A  <  q  <->  A  <_  ( q  - 
1 ) ) )
10299, 100, 101syl2anc 643 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A  <  q  <->  A  <_  ( q  - 
1 ) ) )
10397, 102mpbird 224 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A  <  q )
10416adantr 452 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  A  e.  RR )
10598nn0ge0d 10277 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  0  <_  A )
106105adantr 452 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
0  <_  A )
107100nn0ge0d 10277 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
0  <_  q )
108104, 21, 106, 107lt2sqd 11557 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A  <  q  <->  ( A ^ 2 )  <  ( q ^
2 ) ) )
109103, 108mpbid 202 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( A ^ 2 )  <  ( q ^ 2 ) )
11015, 18, 22, 36, 109lelttrd 9228 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  N  <  ( q ^
2 ) )
11115, 22ltnled 9220 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  -> 
( N  <  (
q ^ 2 )  <->  -.  ( q ^ 2 )  <_  N )
)
112110, 111mpbid 202 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( q  e.  Prime  /\  q  ||  N ) )  ->  -.  ( q ^ 2 )  <_  N )
113112expr 599 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  q  e.  Prime )  ->  ( q  ||  N  ->  -.  (
q ^ 2 )  <_  N ) )
114113con2d 109 . . 3  |-  ( (
ph  /\  q  e.  Prime )  ->  ( (
q ^ 2 )  <_  N  ->  -.  q  ||  N ) )
115114ralrimiva 2789 . 2  |-  ( ph  ->  A. q  e.  Prime  ( ( q ^ 2 )  <_  N  ->  -.  q  ||  N ) )
116 isprm5 13112 . 2  |-  ( N  e.  Prime  <->  ( N  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. q  e.  Prime  ( ( q ^ 2 )  <_  N  ->  -.  q  ||  N ) ) )
11712, 115, 116sylanbrc 646 1  |-  ( ph  ->  N  e.  Prime )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    \/ wo 358    /\ wa 359    /\ w3a 936    = wceq 1652    e. wcel 1725   A.wral 2705   E.wrex 2706   class class class wbr 4212   ` cfv 5454  (class class class)co 6081   RRcr 8989   0cc0 8990   1c1 8991    + caddc 8993    x. cmul 8995    < clt 9120    <_ cle 9121    - cmin 9291    / cdiv 9677   NNcn 10000   2c2 10049   NN0cn0 10221   ZZcz 10282   ZZ>=cuz 10488    mod cmo 11250   ^cexp 11382    || cdivides 12852    gcd cgcd 13006   Primecprime 13079    pCnt cpc 13210
This theorem is referenced by:  pockthi  13275
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2417  ax-rep 4320  ax-sep 4330  ax-nul 4338  ax-pow 4377  ax-pr 4403  ax-un 4701  ax-cnex 9046  ax-resscn 9047  ax-1cn 9048  ax-icn 9049  ax-addcl 9050  ax-addrcl 9051  ax-mulcl 9052  ax-mulrcl 9053  ax-mulcom 9054  ax-addass 9055  ax-mulass 9056  ax-distr 9057  ax-i2m1 9058  ax-1ne0 9059  ax-1rid 9060  ax-rnegex 9061  ax-rrecex 9062  ax-cnre 9063  ax-pre-lttri 9064  ax-pre-lttrn 9065  ax-pre-ltadd 9066  ax-pre-mulgt0 9067  ax-pre-sup 9068
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2285  df-mo 2286  df-clab 2423  df-cleq 2429  df-clel 2432  df-nfc 2561  df-ne 2601  df-nel 2602  df-ral 2710  df-rex 2711  df-reu 2712  df-rmo 2713  df-rab 2714  df-v 2958  df-sbc 3162  df-csb 3252  df-dif 3323  df-un 3325  df-in 3327  df-ss 3334  df-pss 3336  df-nul 3629  df-if 3740  df-pw 3801  df-sn 3820  df-pr 3821  df-tp 3822  df-op 3823  df-uni 4016  df-int 4051  df-iun 4095  df-br 4213  df-opab 4267  df-mpt 4268  df-tr 4303  df-eprel 4494  df-id 4498  df-po 4503  df-so 4504  df-fr 4541  df-we 4543  df-ord 4584  df-on 4585  df-lim 4586  df-suc 4587  df-om 4846  df-xp 4884  df-rel 4885  df-cnv 4886  df-co 4887  df-dm 4888  df-rn 4889  df-res 4890  df-ima 4891  df-iota 5418  df-fun 5456  df-fn 5457  df-f 5458  df-f1 5459  df-fo 5460  df-f1o 5461  df-fv 5462  df-ov 6084  df-oprab 6085  df-mpt2 6086  df-1st 6349  df-2nd 6350  df-riota 6549  df-recs 6633  df-rdg 6668  df-1o 6724  df-2o 6725  df-oadd 6728  df-er 6905  df-map 7020  df-en 7110  df-dom 7111  df-sdom 7112  df-fin 7113  df-sup 7446  df-card 7826  df-cda 8048  df-pnf 9122  df-mnf 9123  df-xr 9124  df-ltxr 9125  df-le 9126  df-sub 9293  df-neg 9294  df-div 9678  df-nn 10001  df-2 10058  df-3 10059  df-n0 10222  df-z 10283  df-uz 10489  df-q 10575  df-rp 10613  df-fz 11044  df-fzo 11136  df-fl 11202  df-mod 11251  df-seq 11324  df-exp 11383  df-hash 11619  df-cj 11904  df-re 11905  df-im 11906  df-sqr 12040  df-abs 12041  df-dvds 12853  df-gcd 13007  df-prm 13080  df-odz 13154  df-phi 13155  df-pc 13211
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