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Theorem isprm5 14730
Description: One need only check prime divisors of  P up to  sqr P in order to ensure primality. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Feb-2014.)
Assertion
Ref Expression
isprm5  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  Prime  ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
Distinct variable group:    z, P

Proof of Theorem isprm5
Dummy variable  x is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isprm4 14713 . 2  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  (
ZZ>= `  2 ) ( z  ||  P  -> 
z  =  P ) ) )
2 prmuz2 14721 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
32a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  ( ZZ>= `  2 )
) )
4 eluz2b2 11254 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( P  e.  NN  /\  1  < 
P ) )
54simprbi 471 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  1  <  P )
6 eluzelre 11193 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  RR )
7 eluz2nn 11221 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  NN )
87nngt0d 10675 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  0  <  P )
9 ltmulgt11 10487 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( P  e.  RR  /\  P  e.  RR  /\  0  <  P )  ->  (
1  <  P  <->  P  <  ( P  x.  P ) ) )
106, 6, 8, 9syl3anc 1292 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 1  <  P  <->  P  <  ( P  x.  P ) ) )
115, 10mpbid 215 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  <  ( P  x.  P ) )
126, 6remulcld 9689 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( P  x.  P )  e.  RR )
136, 12ltnled 9799 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( P  <  ( P  x.  P
)  <->  -.  ( P  x.  P )  <_  P
) )
1411, 13mpbid 215 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  -.  ( P  x.  P )  <_  P )
15 oveq12 6317 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( z  =  P  /\  z  =  P )  ->  ( z  x.  z
)  =  ( P  x.  P ) )
1615anidms 657 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( z  =  P  ->  (
z  x.  z )  =  ( P  x.  P ) )
1716breq1d 4405 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  P  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  <->  ( P  x.  P )  <_  P
) )
1817notbid 301 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  P  ->  ( -.  ( z  x.  z
)  <_  P  <->  -.  ( P  x.  P )  <_  P ) )
1914, 18syl5ibrcom 230 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( z  =  P  ->  -.  (
z  x.  z )  <_  P ) )
2019imim2d 53 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  ||  P  ->  z  =  P )  -> 
( z  ||  P  ->  -.  ( z  x.  z )  <_  P
) ) )
21 con2 120 . . . . . . . 8  |-  ( ( z  ||  P  ->  -.  ( z  x.  z
)  <_  P )  ->  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) )
2220, 21syl6 33 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  ||  P  ->  z  =  P )  -> 
( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) ) )
233, 22imim12d 76 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  ->  (
z  ||  P  ->  z  =  P ) )  ->  ( z  e. 
Prime  ->  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) ) )
2423ralimdv2 2804 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( A. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( z 
||  P  ->  z  =  P )  ->  A. z  e.  Prime  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
25 annim 432 . . . . . . . . 9  |-  ( ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P
)  <->  -.  ( z  ||  P  ->  z  =  P ) )
26 oveq12 6317 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( x  =  z  /\  x  =  z )  ->  ( x  x.  x
)  =  ( z  x.  z ) )
2726anidms 657 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( x  =  z  ->  (
x  x.  x )  =  ( z  x.  z ) )
2827breq1d 4405 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  =  z  ->  (
( x  x.  x
)  <_  P  <->  ( z  x.  z )  <_  P
) )
29 breq1 4398 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  =  z  ->  (
x  ||  P  <->  z  ||  P ) )
3028, 29anbi12d 725 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  z  ->  (
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P )  <-> 
( ( z  x.  z )  <_  P  /\  z  ||  P ) ) )
3130rspcev 3136 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  (
( z  x.  z
)  <_  P  /\  z  ||  P ) )  ->  E. x  e.  (
ZZ>= `  2 ) ( ( x  x.  x
)  <_  P  /\  x  ||  P ) )
3231ancom2s 819 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  (
z  ||  P  /\  ( z  x.  z
)  <_  P )
)  ->  E. x  e.  ( ZZ>= `  2 )
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) )
3332expr 626 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  ->  E. x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
3433ad2ant2lr 762 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  ->  E. x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
35 simprl 772 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  ||  P )
36 eluzelz 11192 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  ZZ )
3736ad2antlr 741 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  ZZ )
38 eluz2nn 11221 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  NN )
3938ad2antlr 741 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  NN )
4039nnne0d 10676 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  =/=  0 )
41 eluzelz 11192 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  ZZ )
4241ad2antrr 740 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  ZZ )
43 dvdsval2 14385 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  z  =/=  0  /\  P  e.  ZZ )  ->  (
z  ||  P  <->  ( P  /  z )  e.  ZZ ) )
4437, 40, 42, 43syl3anc 1292 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  ||  P  <->  ( P  /  z )  e.  ZZ ) )
4535, 44mpbid 215 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  z )  e.  ZZ )
46 eluzelre 11193 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  RR )
4746ad2antlr 741 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  RR )
4847recnd 9687 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  CC )
4948mulid2d 9679 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
1  x.  z )  =  z )
507ad2antrr 740 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  NN )
51 dvdsle 14427 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  ->  ( z  ||  P  ->  z  <_  P )
)
5251imp 436 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  /\  z  ||  P
)  ->  z  <_  P )
5337, 50, 35, 52syl21anc 1291 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  <_  P )
54 simprr 774 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  -.  z  =  P )
5554neqned 2650 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  =/=  P )
5655necomd 2698 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  =/=  z )
576ad2antrr 740 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  RR )
5847, 57ltlend 9797 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  <  P  <->  ( z  <_  P  /\  P  =/=  z ) ) )
5953, 56, 58mpbir2and 936 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  <  P )
6049, 59eqbrtrd 4416 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
1  x.  z )  <  P )
61 1red 9676 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  1  e.  RR )
6242zred 11063 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  RR )
63 nnre 10638 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  NN  ->  z  e.  RR )
64 nngt0 10660 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  NN  ->  0  <  z )
6563, 64jca 541 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( z  e.  NN  ->  (
z  e.  RR  /\  0  <  z ) )
6639, 65syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  e.  RR  /\  0  <  z ) )
67 ltmuldiv 10500 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( 1  e.  RR  /\  P  e.  RR  /\  (
z  e.  RR  /\  0  <  z ) )  ->  ( ( 1  x.  z )  < 
P  <->  1  <  ( P  /  z ) ) )
6861, 62, 66, 67syl3anc 1292 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( 1  x.  z
)  <  P  <->  1  <  ( P  /  z ) ) )
6960, 68mpbid 215 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  1  <  ( P  /  z
) )
70 eluz2b1 11253 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( P  /  z )  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( ( P  /  z )  e.  ZZ  /\  1  < 
( P  /  z
) ) )
7145, 69, 70sylanbrc 677 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  z )  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
7247, 47remulcld 9689 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  e.  RR )
7339, 39nnmulcld 10679 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  e.  NN )
74 nnrp 11334 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( P  e.  NN  ->  P  e.  RR+ )
75 nnrp 11334 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  x.  z )  e.  NN  ->  (
z  x.  z )  e.  RR+ )
76 rpdivcl 11348 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( P  e.  RR+  /\  (
z  x.  z )  e.  RR+ )  ->  ( P  /  ( z  x.  z ) )  e.  RR+ )
7774, 75, 76syl2an 485 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( P  e.  NN  /\  ( z  x.  z
)  e.  NN )  ->  ( P  / 
( z  x.  z
) )  e.  RR+ )
7850, 73, 77syl2anc 673 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  ( z  x.  z ) )  e.  RR+ )
7957, 72, 78lemul1d 11404 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  <_  ( z  x.  z )  <->  ( P  x.  ( P  /  (
z  x.  z ) ) )  <_  (
( z  x.  z
)  x.  ( P  /  ( z  x.  z ) ) ) ) )
8057recnd 9687 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  CC )
8180, 48, 80, 48, 40, 40divmuldivd 10446 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( P  /  z
)  x.  ( P  /  z ) )  =  ( ( P  x.  P )  / 
( z  x.  z
) ) )
8273nncnd 10647 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  e.  CC )
8373nnne0d 10676 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  =/=  0 )
8480, 80, 82, 83divassd 10440 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( P  x.  P
)  /  ( z  x.  z ) )  =  ( P  x.  ( P  /  (
z  x.  z ) ) ) )
8581, 84eqtrd 2505 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( P  /  z
)  x.  ( P  /  z ) )  =  ( P  x.  ( P  /  (
z  x.  z ) ) ) )
8680, 82, 83divcan2d 10407 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( z  x.  z
)  x.  ( P  /  ( z  x.  z ) ) )  =  P )
8786eqcomd 2477 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  =  ( ( z  x.  z )  x.  ( P  /  (
z  x.  z ) ) ) )
8885, 87breq12d 4408 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( ( P  / 
z )  x.  ( P  /  z ) )  <_  P  <->  ( P  x.  ( P  /  (
z  x.  z ) ) )  <_  (
( z  x.  z
)  x.  ( P  /  ( z  x.  z ) ) ) ) )
8979, 88bitr4d 264 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  <_  ( z  x.  z )  <->  ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) )  <_  P
) )
9089biimpd 212 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  <_  ( z  x.  z )  ->  (
( P  /  z
)  x.  ( P  /  z ) )  <_  P ) )
9180, 48, 40divcan2d 10407 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  ( P  /  z ) )  =  P )
92 dvds0lem 14390 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  e.  ZZ  /\  ( P  /  z
)  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  /\  ( z  x.  ( P  /  z ) )  =  P )  -> 
( P  /  z
)  ||  P )
9337, 45, 42, 91, 92syl31anc 1295 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  z )  ||  P )
9490, 93jctird 553 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  <_  ( z  x.  z )  ->  (
( ( P  / 
z )  x.  ( P  /  z ) )  <_  P  /\  ( P  /  z )  ||  P ) ) )
95 oveq12 6317 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( x  =  ( P  /  z )  /\  x  =  ( P  /  z ) )  ->  ( x  x.  x )  =  ( ( P  /  z
)  x.  ( P  /  z ) ) )
9695anidms 657 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
x  x.  x )  =  ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) ) )
9796breq1d 4405 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
( x  x.  x
)  <_  P  <->  ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) )  <_  P
) )
98 breq1 4398 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
x  ||  P  <->  ( P  /  z )  ||  P ) )
9997, 98anbi12d 725 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P )  <-> 
( ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) )  <_  P  /\  ( P  /  z
)  ||  P )
) )
10099rspcev 3136 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( P  /  z
)  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  (
( ( P  / 
z )  x.  ( P  /  z ) )  <_  P  /\  ( P  /  z )  ||  P ) )  ->  E. x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) ( ( x  x.  x
)  <_  P  /\  x  ||  P ) )
10171, 94, 100syl6an 554 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  <_  ( z  x.  z )  ->  E. x  e.  ( ZZ>= `  2 )
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
10272, 57letrid 9804 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  \/  P  <_  ( z  x.  z ) ) )
10334, 101, 102mpjaod 388 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  E. x  e.  ( ZZ>= `  2 )
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) )
104103ex 441 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= `  2 )
)  ->  ( (
z  ||  P  /\  -.  z  =  P
)  ->  E. x  e.  ( ZZ>= `  2 )
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
10525, 104syl5bir 226 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= `  2 )
)  ->  ( -.  ( z  ||  P  ->  z  =  P )  ->  E. x  e.  (
ZZ>= `  2 ) ( ( x  x.  x
)  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
106105rexlimdva 2871 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( E. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  -.  (
z  ||  P  ->  z  =  P )  ->  E. x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) ( ( x  x.  x
)  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
107 prmz 14705 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  ZZ )
108107ad2antrl 742 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  e.  ZZ )
109108zred 11063 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  e.  RR )
110109, 109remulcld 9689 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( z  x.  z
)  e.  RR )
111 eluzelz 11192 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  x  e.  ZZ )
112111ad3antlr 745 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  x  e.  ZZ )
113112zred 11063 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  x  e.  RR )
114113, 113remulcld 9689 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( x  x.  x
)  e.  RR )
11541ad3antrrr 744 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  P  e.  ZZ )
116115zred 11063 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  P  e.  RR )
117 eluz2nn 11221 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  x  e.  NN )
118117ad3antlr 745 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  x  e.  NN )
119 simprr 774 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  ||  x )
120 dvdsle 14427 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  x  e.  NN )  ->  ( z  ||  x  ->  z  <_  x )
)
121120imp 436 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  e.  ZZ  /\  x  e.  NN )  /\  z  ||  x
)  ->  z  <_  x )
122108, 118, 119, 121syl21anc 1291 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  <_  x )
123 eluzge2nn0 11222 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  NN0 )
124123nn0ge0d 10952 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  0  <_  z )
1252, 124syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( z  e.  Prime  ->  0  <_ 
z )
126125ad2antrl 742 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
0  <_  z )
127 nnnn0 10900 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  e.  NN  ->  x  e.  NN0 )
128127nn0ge0d 10952 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  NN  ->  0  <_  x )
129118, 128syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
0  <_  x )
130 le2msq 10528 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  e.  RR  /\  0  <_  z )  /\  ( x  e.  RR  /\  0  <_  x )
)  ->  ( z  <_  x  <->  ( z  x.  z )  <_  (
x  x.  x ) ) )
131109, 126, 113, 129, 130syl22anc 1293 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( z  <_  x  <->  ( z  x.  z )  <_  ( x  x.  x ) ) )
132122, 131mpbid 215 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( z  x.  z
)  <_  ( x  x.  x ) )
133 simplrl 778 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( x  x.  x
)  <_  P )
134110, 114, 116, 132, 133letrd 9809 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( z  x.  z
)  <_  P )
135 simplrr 779 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  x  ||  P )
136 dvdstr 14414 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  x  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  (
( z  ||  x  /\  x  ||  P )  ->  z  ||  P
) )
137108, 112, 115, 136syl3anc 1292 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
( ( z  ||  x  /\  x  ||  P
)  ->  z  ||  P ) )
138119, 135, 137mp2and 693 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  ||  P )
139134, 138jc 152 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  -.  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) )
140 exprmfct 14727 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  E. z  e.  Prime  z  ||  x
)
141140ad2antlr 741 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) )  ->  E. z  e.  Prime  z  ||  x
)
142139, 141reximddv 2859 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) )  ->  E. z  e.  Prime  -.  ( (
z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) )
143142ex 441 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( ZZ>= `  2 )
)  ->  ( (
( x  x.  x
)  <_  P  /\  x  ||  P )  ->  E. z  e.  Prime  -.  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) ) )
144143rexlimdva 2871 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( E. x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P )  ->  E. z  e.  Prime  -.  ( (
z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
145106, 144syld 44 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( E. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  -.  (
z  ||  P  ->  z  =  P )  ->  E. z  e.  Prime  -.  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) ) )
146 rexnal 2836 . . . . . 6  |-  ( E. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  -.  (
z  ||  P  ->  z  =  P )  <->  -.  A. z  e.  ( ZZ>= `  2 )
( z  ||  P  ->  z  =  P ) )
147 rexnal 2836 . . . . . 6  |-  ( E. z  e.  Prime  -.  (
( z  x.  z
)  <_  P  ->  -.  z  ||  P )  <->  -.  A. z  e.  Prime  ( ( z  x.  z
)  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) )
148145, 146, 1473imtr3g 277 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( -.  A. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( z 
||  P  ->  z  =  P )  ->  -.  A. z  e.  Prime  (
( z  x.  z
)  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
14924, 148impcon4bid 210 . . . 4  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( A. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( z 
||  P  ->  z  =  P )  <->  A. z  e.  Prime  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
150 prmnn 14704 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  NN )
151150nncnd 10647 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  CC )
152151sqvald 12451 . . . . . . 7  |-  ( z  e.  Prime  ->  ( z ^ 2 )  =  ( z  x.  z
) )
153152breq1d 4405 . . . . . 6  |-  ( z  e.  Prime  ->  ( ( z ^ 2 )  <_  P  <->  ( z  x.  z )  <_  P
) )
154153imbi1d 324 . . . . 5  |-  ( z  e.  Prime  ->  ( ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P )  <-> 
( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) ) )
155154ralbiia 2822 . . . 4  |-  ( A. z  e.  Prime  ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P )  <->  A. z  e.  Prime  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) )
156149, 155syl6bbr 271 . . 3  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( A. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( z 
||  P  ->  z  =  P )  <->  A. z  e.  Prime  ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
157156pm5.32i 649 . 2  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  A. z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( z 
||  P  ->  z  =  P ) )  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  Prime  ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
1581, 157bitri 257 1  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  Prime  ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 189    /\ wa 376    = wceq 1452    e. wcel 1904    =/= wne 2641   A.wral 2756   E.wrex 2757   class class class wbr 4395   ` cfv 5589  (class class class)co 6308   RRcr 9556   0cc0 9557   1c1 9558    x. cmul 9562    < clt 9693    <_ cle 9694    / cdiv 10291   NNcn 10631   2c2 10681   ZZcz 10961   ZZ>=cuz 11182   RR+crp 11325   ^cexp 12310    || cdvds 14382   Primecprime 14701
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1677  ax-4 1690  ax-5 1766  ax-6 1813  ax-7 1859  ax-8 1906  ax-9 1913  ax-10 1932  ax-11 1937  ax-12 1950  ax-13 2104  ax-ext 2451  ax-sep 4518  ax-nul 4527  ax-pow 4579  ax-pr 4639  ax-un 6602  ax-cnex 9613  ax-resscn 9614  ax-1cn 9615  ax-icn 9616  ax-addcl 9617  ax-addrcl 9618  ax-mulcl 9619  ax-mulrcl 9620  ax-mulcom 9621  ax-addass 9622  ax-mulass 9623  ax-distr 9624  ax-i2m1 9625  ax-1ne0 9626  ax-1rid 9627  ax-rnegex 9628  ax-rrecex 9629  ax-cnre 9630  ax-pre-lttri 9631  ax-pre-lttrn 9632  ax-pre-ltadd 9633  ax-pre-mulgt0 9634
This theorem depends on definitions:  df-bi 190  df-or 377  df-an 378  df-3or 1008  df-3an 1009  df-tru 1455  df-ex 1672  df-nf 1676  df-sb 1806  df-eu 2323  df-mo 2324  df-clab 2458  df-cleq 2464  df-clel 2467  df-nfc 2601  df-ne 2643  df-nel 2644  df-ral 2761  df-rex 2762  df-reu 2763  df-rmo 2764  df-rab 2765  df-v 3033  df-sbc 3256  df-csb 3350  df-dif 3393  df-un 3395  df-in 3397  df-ss 3404  df-pss 3406  df-nul 3723  df-if 3873  df-pw 3944  df-sn 3960  df-pr 3962  df-tp 3964  df-op 3966  df-uni 4191  df-int 4227  df-iun 4271  df-br 4396  df-opab 4455  df-mpt 4456  df-tr 4491  df-eprel 4750  df-id 4754  df-po 4760  df-so 4761  df-fr 4798  df-we 4800  df-xp 4845  df-rel 4846  df-cnv 4847  df-co 4848  df-dm 4849  df-rn 4850  df-res 4851  df-ima 4852  df-pred 5387  df-ord 5433  df-on 5434  df-lim 5435  df-suc 5436  df-iota 5553  df-fun 5591  df-fn 5592  df-f 5593  df-f1 5594  df-fo 5595  df-f1o 5596  df-fv 5597  df-riota 6270  df-ov 6311  df-oprab 6312  df-mpt2 6313  df-om 6712  df-1st 6812  df-2nd 6813  df-wrecs 7046  df-recs 7108  df-rdg 7146  df-1o 7200  df-2o 7201  df-oadd 7204  df-er 7381  df-en 7588  df-dom 7589  df-sdom 7590  df-fin 7591  df-pnf 9695  df-mnf 9696  df-xr 9697  df-ltxr 9698  df-le 9699  df-sub 9882  df-neg 9883  df-div 10292  df-nn 10632  df-2 10690  df-n0 10894  df-z 10962  df-uz 11183  df-rp 11326  df-fz 11811  df-seq 12252  df-exp 12311  df-dvds 14383  df-prm 14702
This theorem is referenced by:  pockthg  14929  prmlem1a  15156  isprm7  36730
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