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Theorem isprm5 14651
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 14634 . 2  |-  ( P  e.  Prime  <->  ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  A. z  e.  (
ZZ>= `  2 ) ( z  ||  P  -> 
z  =  P ) ) )
2 prmuz2 14642 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
32a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  ( ZZ>= `  2 )
) )
4 eluz2b2 11231 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( P  e.  NN  /\  1  < 
P ) )
54simprbi 466 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  1  <  P )
6 eluzelre 11169 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  RR )
7 eluz2nn 11197 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  NN )
87nngt0d 10653 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  0  <  P )
9 ltmulgt11 10465 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( P  e.  RR  /\  P  e.  RR  /\  0  <  P )  ->  (
1  <  P  <->  P  <  ( P  x.  P ) ) )
106, 6, 8, 9syl3anc 1268 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 1  <  P  <->  P  <  ( P  x.  P ) ) )
115, 10mpbid 214 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  <  ( P  x.  P ) )
126, 6remulcld 9671 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( P  x.  P )  e.  RR )
136, 12ltnled 9782 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( P  <  ( P  x.  P
)  <->  -.  ( P  x.  P )  <_  P
) )
1411, 13mpbid 214 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  -.  ( P  x.  P )  <_  P )
15 oveq12 6299 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( z  =  P  /\  z  =  P )  ->  ( z  x.  z
)  =  ( P  x.  P ) )
1615anidms 651 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( z  =  P  ->  (
z  x.  z )  =  ( P  x.  P ) )
1716breq1d 4412 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  P  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  <->  ( P  x.  P )  <_  P
) )
1817notbid 296 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  P  ->  ( -.  ( z  x.  z
)  <_  P  <->  -.  ( P  x.  P )  <_  P ) )
1914, 18syl5ibrcom 226 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( z  =  P  ->  -.  (
z  x.  z )  <_  P ) )
2019imim2d 54 . . . . . . . 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 34 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  ||  P  ->  z  =  P )  -> 
( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) ) )
233, 22imim12d 77 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  ->  (
z  ||  P  ->  z  =  P ) )  ->  ( z  e. 
Prime  ->  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) ) ) )
2423ralimdv2 2795 . . . . 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 427 . . . . . . . . 9  |-  ( ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P
)  <->  -.  ( z  ||  P  ->  z  =  P ) )
26 oveq12 6299 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( x  =  z  /\  x  =  z )  ->  ( x  x.  x
)  =  ( z  x.  z ) )
2726anidms 651 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( x  =  z  ->  (
x  x.  x )  =  ( z  x.  z ) )
2827breq1d 4412 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  =  z  ->  (
( x  x.  x
)  <_  P  <->  ( z  x.  z )  <_  P
) )
29 breq1 4405 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  =  z  ->  (
x  ||  P  <->  z  ||  P ) )
3028, 29anbi12d 717 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  z  ->  (
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P )  <-> 
( ( z  x.  z )  <_  P  /\  z  ||  P ) ) )
3130rspcev 3150 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  (
( z  x.  z
)  <_  P  /\  z  ||  P ) )  ->  E. x  e.  (
ZZ>= `  2 ) ( ( x  x.  x
)  <_  P  /\  x  ||  P ) )
3231ancom2s 811 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  (
z  ||  P  /\  ( z  x.  z
)  <_  P )
)  ->  E. x  e.  ( ZZ>= `  2 )
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) )
3332expr 620 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( z  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  z  ||  P )  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  ->  E. x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) ) )
3433ad2ant2lr 754 . . . . . . . . . . 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 764 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  ||  P )
36 eluzelz 11168 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  ZZ )
3736ad2antlr 733 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  ZZ )
38 eluz2nn 11197 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  NN )
3938ad2antlr 733 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  NN )
4039nnne0d 10654 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  =/=  0 )
41 eluzelz 11168 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  P  e.  ZZ )
4241ad2antrr 732 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  ZZ )
43 dvdsval2 14308 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  z  =/=  0  /\  P  e.  ZZ )  ->  (
z  ||  P  <->  ( P  /  z )  e.  ZZ ) )
4437, 40, 42, 43syl3anc 1268 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  ||  P  <->  ( P  /  z )  e.  ZZ ) )
4535, 44mpbid 214 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  z )  e.  ZZ )
46 eluzelre 11169 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  RR )
4746ad2antlr 733 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  RR )
4847recnd 9669 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  e.  CC )
4948mulid2d 9661 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
1  x.  z )  =  z )
507ad2antrr 732 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  NN )
51 dvdsle 14350 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  ->  ( z  ||  P  ->  z  <_  P )
)
5251imp 431 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( z  e.  ZZ  /\  P  e.  NN )  /\  z  ||  P
)  ->  z  <_  P )
5337, 50, 35, 52syl21anc 1267 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  <_  P )
54 simprr 766 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  -.  z  =  P )
5554neqned 2631 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  =/=  P )
5655necomd 2679 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  =/=  z )
576ad2antrr 732 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  RR )
5847, 57ltlend 9780 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  <  P  <->  ( z  <_  P  /\  P  =/=  z ) ) )
5953, 56, 58mpbir2and 933 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  z  <  P )
6049, 59eqbrtrd 4423 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
1  x.  z )  <  P )
61 1red 9658 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  1  e.  RR )
6242zred 11040 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  RR )
63 nnre 10616 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  NN  ->  z  e.  RR )
64 nngt0 10638 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  NN  ->  0  <  z )
6563, 64jca 535 . . . . . . . . . . . . . . . 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 10478 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( 1  e.  RR  /\  P  e.  RR  /\  (
z  e.  RR  /\  0  <  z ) )  ->  ( ( 1  x.  z )  < 
P  <->  1  <  ( P  /  z ) ) )
6861, 62, 66, 67syl3anc 1268 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( 1  x.  z
)  <  P  <->  1  <  ( P  /  z ) ) )
6960, 68mpbid 214 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  1  <  ( P  /  z
) )
70 eluz2b1 11230 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( P  /  z )  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( ( P  /  z )  e.  ZZ  /\  1  < 
( P  /  z
) ) )
7145, 69, 70sylanbrc 670 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  z )  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
7247, 47remulcld 9671 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  e.  RR )
7339, 39nnmulcld 10657 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  e.  NN )
74 nnrp 11311 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( P  e.  NN  ->  P  e.  RR+ )
75 nnrp 11311 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  x.  z )  e.  NN  ->  (
z  x.  z )  e.  RR+ )
76 rpdivcl 11325 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( P  e.  RR+  /\  (
z  x.  z )  e.  RR+ )  ->  ( P  /  ( z  x.  z ) )  e.  RR+ )
7774, 75, 76syl2an 480 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( P  e.  NN  /\  ( z  x.  z
)  e.  NN )  ->  ( P  / 
( z  x.  z
) )  e.  RR+ )
7850, 73, 77syl2anc 667 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  ( z  x.  z ) )  e.  RR+ )
7957, 72, 78lemul1d 11381 . . . . . . . . . . . . . . 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 9669 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  e.  CC )
8180, 48, 80, 48, 40, 40divmuldivd 10424 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 10625 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  e.  CC )
8373nnne0d 10654 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  z )  =/=  0 )
8480, 80, 82, 83divassd 10418 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 2485 . . . . . . . . . . . . . . . 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 10385 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( z  x.  z
)  x.  ( P  /  ( z  x.  z ) ) )  =  P )
8786eqcomd 2457 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  P  =  ( ( z  x.  z )  x.  ( P  /  (
z  x.  z ) ) ) )
8885, 87breq12d 4415 . . . . . . . . . . . . . . 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 260 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  <_  ( z  x.  z )  <->  ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) )  <_  P
) )
9089biimpd 211 . . . . . . . . . . . . 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 10385 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
z  x.  ( P  /  z ) )  =  P )
92 dvds0lem 14313 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  e.  ZZ  /\  ( P  /  z
)  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  /\  ( z  x.  ( P  /  z ) )  =  P )  -> 
( P  /  z
)  ||  P )
9337, 45, 42, 91, 92syl31anc 1271 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  ( P  /  z )  ||  P )
9490, 93jctird 547 . . . . . . . . . . . 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 6299 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( x  =  ( P  /  z )  /\  x  =  ( P  /  z ) )  ->  ( x  x.  x )  =  ( ( P  /  z
)  x.  ( P  /  z ) ) )
9695anidms 651 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
x  x.  x )  =  ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) ) )
9796breq1d 4412 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
( x  x.  x
)  <_  P  <->  ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) )  <_  P
) )
98 breq1 4405 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
x  ||  P  <->  ( P  /  z )  ||  P ) )
9997, 98anbi12d 717 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  ( P  / 
z )  ->  (
( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P )  <-> 
( ( ( P  /  z )  x.  ( P  /  z
) )  <_  P  /\  ( P  /  z
)  ||  P )
) )
10099rspcev 3150 . . . . . . . . . . . 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 548 . . . . . . . . . . 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 9787 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  z  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( z  ||  P  /\  -.  z  =  P ) )  ->  (
( z  x.  z
)  <_  P  \/  P  <_  ( z  x.  z ) ) )
10334, 101, 102mpjaod 383 . . . . . . . . . 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 436 . . . . . . . . 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 222 . . . . . . . 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 2879 . . . . . . 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 14626 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  ZZ )
108107ad2antrl 734 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  e.  ZZ )
109108zred 11040 . . . . . . . . . . . . 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 9671 . . . . . . . . . . . 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 11168 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  x  e.  ZZ )
112111ad3antlr 737 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  x  e.  ZZ )
113112zred 11040 . . . . . . . . . . . . 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 9671 . . . . . . . . . . . 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 736 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  P  e.  ZZ )
116115zred 11040 . . . . . . . . . . . 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 11197 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  x  e.  NN )
118117ad3antlr 737 . . . . . . . . . . . . . 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 766 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  ||  x )
120 dvdsle 14350 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  x  e.  NN )  ->  ( z  ||  x  ->  z  <_  x )
)
121120imp 431 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  e.  ZZ  /\  x  e.  NN )  /\  z  ||  x
)  ->  z  <_  x )
122108, 118, 119, 121syl21anc 1267 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  <_  x )
123 eluzge2nn0 11198 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  z  e.  NN0 )
124123nn0ge0d 10928 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( z  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  0  <_  z )
1252, 124syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( z  e.  Prime  ->  0  <_ 
z )
126125ad2antrl 734 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
0  <_  z )
127 nnnn0 10876 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  e.  NN  ->  x  e.  NN0 )
128127nn0ge0d 10928 . . . . . . . . . . . . . . 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 10506 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  e.  RR  /\  0  <_  z )  /\  ( x  e.  RR  /\  0  <_  x )
)  ->  ( z  <_  x  <->  ( z  x.  z )  <_  (
x  x.  x ) ) )
131109, 126, 113, 129, 130syl22anc 1269 . . . . . . . . . . . . 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 214 . . . . . . . . . . . 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 770 . . . . . . . . . . . 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 9792 . . . . . . . . . . 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 771 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  ->  x  ||  P )
136 dvdstr 14337 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( z  e.  ZZ  /\  x  e.  ZZ  /\  P  e.  ZZ )  ->  (
( z  ||  x  /\  x  ||  P )  ->  z  ||  P
) )
137108, 112, 115, 136syl3anc 1268 . . . . . . . . . . . 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 685 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( P  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>=
`  2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P
) )  /\  (
z  e.  Prime  /\  z  ||  x ) )  -> 
z  ||  P )
139134, 138jc 151 . . . . . . . . . 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 14648 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  E. z  e.  Prime  z  ||  x
)
141140ad2antlr 733 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( P  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  x  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  /\  ( ( x  x.  x )  <_  P  /\  x  ||  P ) )  ->  E. z  e.  Prime  z  ||  x
)
142139, 141reximddv 2863 . . . . . . . . 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 436 . . . . . . . 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 2879 . . . . . . 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 45 . . . . . 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 273 . . . . 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 209 . . . 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 14625 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  NN )
151150nncnd 10625 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  Prime  ->  z  e.  CC )
152151sqvald 12413 . . . . . . 7  |-  ( z  e.  Prime  ->  ( z ^ 2 )  =  ( z  x.  z
) )
153152breq1d 4412 . . . . . 6  |-  ( z  e.  Prime  ->  ( ( z ^ 2 )  <_  P  <->  ( z  x.  z )  <_  P
) )
154153imbi1d 319 . . . . 5  |-  ( z  e.  Prime  ->  ( ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P )  <-> 
( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P
) ) )
155154ralbiia 2818 . . . 4  |-  ( A. z  e.  Prime  ( ( z ^ 2 )  <_  P  ->  -.  z  ||  P )  <->  A. z  e.  Prime  ( ( z  x.  z )  <_  P  ->  -.  z  ||  P ) )
156149, 155syl6bbr 267 . . 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 643 . 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 253 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 188    /\ wa 371    = wceq 1444    e. wcel 1887    =/= wne 2622   A.wral 2737   E.wrex 2738   class class class wbr 4402   ` cfv 5582  (class class class)co 6290   RRcr 9538   0cc0 9539   1c1 9540    x. cmul 9544    < clt 9675    <_ cle 9676    / cdiv 10269   NNcn 10609   2c2 10659   ZZcz 10937   ZZ>=cuz 11159   RR+crp 11302   ^cexp 12272    || cdvds 14305   Primecprime 14622
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1669  ax-4 1682  ax-5 1758  ax-6 1805  ax-7 1851  ax-8 1889  ax-9 1896  ax-10 1915  ax-11 1920  ax-12 1933  ax-13 2091  ax-ext 2431  ax-sep 4525  ax-nul 4534  ax-pow 4581  ax-pr 4639  ax-un 6583  ax-cnex 9595  ax-resscn 9596  ax-1cn 9597  ax-icn 9598  ax-addcl 9599  ax-addrcl 9600  ax-mulcl 9601  ax-mulrcl 9602  ax-mulcom 9603  ax-addass 9604  ax-mulass 9605  ax-distr 9606  ax-i2m1 9607  ax-1ne0 9608  ax-1rid 9609  ax-rnegex 9610  ax-rrecex 9611  ax-cnre 9612  ax-pre-lttri 9613  ax-pre-lttrn 9614  ax-pre-ltadd 9615  ax-pre-mulgt0 9616
This theorem depends on definitions:  df-bi 189  df-or 372  df-an 373  df-3or 986  df-3an 987  df-tru 1447  df-ex 1664  df-nf 1668  df-sb 1798  df-eu 2303  df-mo 2304  df-clab 2438  df-cleq 2444  df-clel 2447  df-nfc 2581  df-ne 2624  df-nel 2625  df-ral 2742  df-rex 2743  df-reu 2744  df-rmo 2745  df-rab 2746  df-v 3047  df-sbc 3268  df-csb 3364  df-dif 3407  df-un 3409  df-in 3411  df-ss 3418  df-pss 3420  df-nul 3732  df-if 3882  df-pw 3953  df-sn 3969  df-pr 3971  df-tp 3973  df-op 3975  df-uni 4199  df-int 4235  df-iun 4280  df-br 4403  df-opab 4462  df-mpt 4463  df-tr 4498  df-eprel 4745  df-id 4749  df-po 4755  df-so 4756  df-fr 4793  df-we 4795  df-xp 4840  df-rel 4841  df-cnv 4842  df-co 4843  df-dm 4844  df-rn 4845  df-res 4846  df-ima 4847  df-pred 5380  df-ord 5426  df-on 5427  df-lim 5428  df-suc 5429  df-iota 5546  df-fun 5584  df-fn 5585  df-f 5586  df-f1 5587  df-fo 5588  df-f1o 5589  df-fv 5590  df-riota 6252  df-ov 6293  df-oprab 6294  df-mpt2 6295  df-om 6693  df-1st 6793  df-2nd 6794  df-wrecs 7028  df-recs 7090  df-rdg 7128  df-1o 7182  df-2o 7183  df-oadd 7186  df-er 7363  df-en 7570  df-dom 7571  df-sdom 7572  df-fin 7573  df-pnf 9677  df-mnf 9678  df-xr 9679  df-ltxr 9680  df-le 9681  df-sub 9862  df-neg 9863  df-div 10270  df-nn 10610  df-2 10668  df-n0 10870  df-z 10938  df-uz 11160  df-rp 11303  df-fz 11785  df-seq 12214  df-exp 12273  df-dvds 14306  df-prm 14623
This theorem is referenced by:  pockthg  14850  prmlem1a  15078  isprm7  36660
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