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Theorem pcz 13209
Description: The prime count function can be used as an indicator that a given rational number is an integer. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Feb-2014.)
Assertion
Ref Expression
pcz  |-  ( A  e.  QQ  ->  ( A  e.  ZZ  <->  A. p  e.  Prime  0  <_  (
p  pCnt  A )
) )
Distinct variable group:    A, p

Proof of Theorem pcz
Dummy variables  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 pcge0 13190 . . . 4  |-  ( ( p  e.  Prime  /\  A  e.  ZZ )  ->  0  <_  ( p  pCnt  A
) )
21ancoms 440 . . 3  |-  ( ( A  e.  ZZ  /\  p  e.  Prime )  -> 
0  <_  ( p  pCnt  A ) )
32ralrimiva 2749 . 2  |-  ( A  e.  ZZ  ->  A. p  e.  Prime  0  <_  (
p  pCnt  A )
)
4 elq 10532 . . 3  |-  ( A  e.  QQ  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  NN  A  =  ( x  /  y ) )
5 nnz 10259 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  e.  NN  ->  y  e.  ZZ )
6 dvds0 12820 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  e.  ZZ  ->  y  ||  0 )
75, 6syl 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  e.  NN  ->  y  ||  0 )
87ad2antlr 708 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =  0 )  ->  y  ||  0 )
9 simpr 448 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =  0 )  ->  x  = 
0 )
108, 9breqtrrd 4198 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =  0 )  ->  y  ||  x )
1110a1d 23 . . . . . . 7  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =  0 )  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_ 
( p  pCnt  (
x  /  y ) )  ->  y  ||  x ) )
12 simpr 448 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  p  e.  Prime )
13 simplll 735 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  x  e.  ZZ )
14 simplr 732 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  x  =/=  0 )
15 simpllr 736 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  y  e.  NN )
16 pcdiv 13181 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( p  e.  Prime  /\  (
x  e.  ZZ  /\  x  =/=  0 )  /\  y  e.  NN )  ->  ( p  pCnt  (
x  /  y ) )  =  ( ( p  pCnt  x )  -  ( p  pCnt  y ) ) )
1712, 13, 14, 15, 16syl121anc 1189 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
p  pCnt  ( x  /  y ) )  =  ( ( p 
pCnt  x )  -  (
p  pCnt  y )
) )
1817breq2d 4184 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
0  <_  ( p  pCnt  ( x  /  y
) )  <->  0  <_  ( ( p  pCnt  x
)  -  ( p 
pCnt  y ) ) ) )
19 pczcl 13177 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( p  e.  Prime  /\  (
x  e.  ZZ  /\  x  =/=  0 ) )  ->  ( p  pCnt  x )  e.  NN0 )
2012, 13, 14, 19syl12anc 1182 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
p  pCnt  x )  e.  NN0 )
2120nn0red 10231 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
p  pCnt  x )  e.  RR )
2212, 15pccld 13179 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
p  pCnt  y )  e.  NN0 )
2322nn0red 10231 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
p  pCnt  y )  e.  RR )
2421, 23subge0d 9572 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
0  <_  ( (
p  pCnt  x )  -  ( p  pCnt  y ) )  <->  ( p  pCnt  y )  <_  (
p  pCnt  x )
) )
2518, 24bitrd 245 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0 )  /\  p  e.  Prime )  ->  (
0  <_  ( p  pCnt  ( x  /  y
) )  <->  ( p  pCnt  y )  <_  (
p  pCnt  x )
) )
2625ralbidva 2682 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0
)  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_ 
( p  pCnt  (
x  /  y ) )  <->  A. p  e.  Prime  ( p  pCnt  y )  <_  ( p  pCnt  x
) ) )
27 id 20 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ZZ  ->  x  e.  ZZ )
28 pc2dvds 13207 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( y  e.  ZZ  /\  x  e.  ZZ )  ->  ( y  ||  x  <->  A. p  e.  Prime  (
p  pCnt  y )  <_  ( p  pCnt  x
) ) )
295, 27, 28syl2anr 465 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  ( y  ||  x  <->  A. p  e.  Prime  (
p  pCnt  y )  <_  ( p  pCnt  x
) ) )
3029adantr 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0
)  ->  ( y  ||  x  <->  A. p  e.  Prime  ( p  pCnt  y )  <_  ( p  pCnt  x
) ) )
3126, 30bitr4d 248 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0
)  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_ 
( p  pCnt  (
x  /  y ) )  <->  y  ||  x
) )
3231biimpd 199 . . . . . . 7  |-  ( ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  /\  x  =/=  0
)  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_ 
( p  pCnt  (
x  /  y ) )  ->  y  ||  x ) )
3311, 32pm2.61dane 2645 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  ( A. p  e. 
Prime  0  <_  ( p 
pCnt  ( x  / 
y ) )  -> 
y  ||  x )
)
345adantl 453 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  y  e.  ZZ )
35 nnne0 9988 . . . . . . . 8  |-  ( y  e.  NN  ->  y  =/=  0 )
3635adantl 453 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  y  =/=  0 )
37 simpl 444 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  x  e.  ZZ )
38 dvdsval2 12810 . . . . . . 7  |-  ( ( y  e.  ZZ  /\  y  =/=  0  /\  x  e.  ZZ )  ->  (
y  ||  x  <->  ( x  /  y )  e.  ZZ ) )
3934, 36, 37, 38syl3anc 1184 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  ( y  ||  x  <->  ( x  /  y )  e.  ZZ ) )
4033, 39sylibd 206 . . . . 5  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  ( A. p  e. 
Prime  0  <_  ( p 
pCnt  ( x  / 
y ) )  -> 
( x  /  y
)  e.  ZZ ) )
41 oveq2 6048 . . . . . . . 8  |-  ( A  =  ( x  / 
y )  ->  (
p  pCnt  A )  =  ( p  pCnt  ( x  /  y ) ) )
4241breq2d 4184 . . . . . . 7  |-  ( A  =  ( x  / 
y )  ->  (
0  <_  ( p  pCnt  A )  <->  0  <_  ( p  pCnt  ( x  /  y ) ) ) )
4342ralbidv 2686 . . . . . 6  |-  ( A  =  ( x  / 
y )  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_  ( p  pCnt  A )  <->  A. p  e.  Prime  0  <_  ( p  pCnt  ( x  /  y ) ) ) )
44 eleq1 2464 . . . . . 6  |-  ( A  =  ( x  / 
y )  ->  ( A  e.  ZZ  <->  ( x  /  y )  e.  ZZ ) )
4543, 44imbi12d 312 . . . . 5  |-  ( A  =  ( x  / 
y )  ->  (
( A. p  e. 
Prime  0  <_  ( p 
pCnt  A )  ->  A  e.  ZZ )  <->  ( A. p  e.  Prime  0  <_ 
( p  pCnt  (
x  /  y ) )  ->  ( x  /  y )  e.  ZZ ) ) )
4640, 45syl5ibrcom 214 . . . 4  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  NN )  ->  ( A  =  ( x  /  y )  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_  (
p  pCnt  A )  ->  A  e.  ZZ ) ) )
4746rexlimivv 2795 . . 3  |-  ( E. x  e.  ZZ  E. y  e.  NN  A  =  ( x  / 
y )  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_  ( p  pCnt  A )  ->  A  e.  ZZ ) )
484, 47sylbi 188 . 2  |-  ( A  e.  QQ  ->  ( A. p  e.  Prime  0  <_  ( p  pCnt  A )  ->  A  e.  ZZ ) )
493, 48impbid2 196 1  |-  ( A  e.  QQ  ->  ( A  e.  ZZ  <->  A. p  e.  Prime  0  <_  (
p  pCnt  A )
) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1721    =/= wne 2567   A.wral 2666   E.wrex 2667   class class class wbr 4172  (class class class)co 6040   0cc0 8946    <_ cle 9077    - cmin 9247    / cdiv 9633   NNcn 9956   NN0cn0 10177   ZZcz 10238   QQcq 10530    || cdivides 12807   Primecprime 13034    pCnt cpc 13165
This theorem is referenced by:  pcmptdvds  13218  qexpz  13225
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2385  ax-sep 4290  ax-nul 4298  ax-pow 4337  ax-pr 4363  ax-un 4660  ax-cnex 9002  ax-resscn 9003  ax-1cn 9004  ax-icn 9005  ax-addcl 9006  ax-addrcl 9007  ax-mulcl 9008  ax-mulrcl 9009  ax-mulcom 9010  ax-addass 9011  ax-mulass 9012  ax-distr 9013  ax-i2m1 9014  ax-1ne0 9015  ax-1rid 9016  ax-rnegex 9017  ax-rrecex 9018  ax-cnre 9019  ax-pre-lttri 9020  ax-pre-lttrn 9021  ax-pre-ltadd 9022  ax-pre-mulgt0 9023  ax-pre-sup 9024
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2258  df-mo 2259  df-clab 2391  df-cleq 2397  df-clel 2400  df-nfc 2529  df-ne 2569  df-nel 2570  df-ral 2671  df-rex 2672  df-reu 2673  df-rmo 2674  df-rab 2675  df-v 2918  df-sbc 3122  df-csb 3212  df-dif 3283  df-un 3285  df-in 3287  df-ss 3294  df-pss 3296  df-nul 3589  df-if 3700  df-pw 3761  df-sn 3780  df-pr 3781  df-tp 3782  df-op 3783  df-uni 3976  df-int 4011  df-iun 4055  df-br 4173  df-opab 4227  df-mpt 4228  df-tr 4263  df-eprel 4454  df-id 4458  df-po 4463  df-so 4464  df-fr 4501  df-we 4503  df-ord 4544  df-on 4545  df-lim 4546  df-suc 4547  df-om 4805  df-xp 4843  df-rel 4844  df-cnv 4845  df-co 4846  df-dm 4847  df-rn 4848  df-res 4849  df-ima 4850  df-iota 5377  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-ov 6043  df-oprab 6044  df-mpt2 6045  df-1st 6308  df-2nd 6309  df-riota 6508  df-recs 6592  df-rdg 6627  df-1o 6683  df-2o 6684  df-oadd 6687  df-er 6864  df-en 7069  df-dom 7070  df-sdom 7071  df-fin 7072  df-sup 7404  df-pnf 9078  df-mnf 9079  df-xr 9080  df-ltxr 9081  df-le 9082  df-sub 9249  df-neg 9250  df-div 9634  df-nn 9957  df-2 10014  df-3 10015  df-n0 10178  df-z 10239  df-uz 10445  df-q 10531  df-rp 10569  df-fz 11000  df-fl 11157  df-mod 11206  df-seq 11279  df-exp 11338  df-cj 11859  df-re 11860  df-im 11861  df-sqr 11995  df-abs 11996  df-dvds 12808  df-gcd 12962  df-prm 13035  df-pc 13166
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