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Theorem pockthg 15448
 Description: The generalized Pocklington's theorem. If 𝑁 − 1 = 𝐴 · 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 (𝜑𝐴 ∈ ℕ)
pockthg.2 (𝜑𝐵 ∈ ℕ)
pockthg.3 (𝜑𝐵 < 𝐴)
pockthg.4 (𝜑𝑁 = ((𝐴 · 𝐵) + 1))
pockthg.5 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)))
Assertion
Ref Expression
pockthg (𝜑𝑁 ∈ ℙ)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑝,𝑁   𝐴,𝑝,𝑥   𝜑,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 (𝜑𝑁 = ((𝐴 · 𝐵) + 1))
2 pockthg.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ ℕ)
3 pockthg.2 . . . . . . 7 (𝜑𝐵 ∈ ℕ)
42, 3nnmulcld 10945 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐴 · 𝐵) ∈ ℕ)
5 nnuz 11599 . . . . . 6 ℕ = (ℤ‘1)
64, 5syl6eleq 2698 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 · 𝐵) ∈ (ℤ‘1))
7 eluzp1p1 11589 . . . . 5 ((𝐴 · 𝐵) ∈ (ℤ‘1) → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ∈ (ℤ‘(1 + 1)))
86, 7syl 17 . . . 4 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ∈ (ℤ‘(1 + 1)))
9 df-2 10956 . . . . 5 2 = (1 + 1)
109fveq2i 6106 . . . 4 (ℤ‘2) = (ℤ‘(1 + 1))
118, 10syl6eleqr 2699 . . 3 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ∈ (ℤ‘2))
121, 11eqeltrd 2688 . 2 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘2))
13 eluzelre 11574 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℝ)
1412, 13syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
1514adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑁 ∈ ℝ)
162nnred 10912 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
1716resqcld 12897 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴↑2) ∈ ℝ)
1817adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴↑2) ∈ ℝ)
19 prmnn 15226 . . . . . . . . . 10 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ ℕ)
2019ad2antrl 760 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑞 ∈ ℕ)
2120nnred 10912 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑞 ∈ ℝ)
2221resqcld 12897 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑞↑2) ∈ ℝ)
23 pockthg.3 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 < 𝐴)
243nnred 10912 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
252nngt0d 10941 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 0 < 𝐴)
26 ltmul2 10753 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝐴)) → (𝐵 < 𝐴 ↔ (𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴)))
2724, 16, 16, 25, 26syl112anc 1322 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐵 < 𝐴 ↔ (𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴)))
2823, 27mpbid 221 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴))
292, 2nnmulcld 10945 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐴 · 𝐴) ∈ ℕ)
30 nnltp1le 11310 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 · 𝐵) ∈ ℕ ∧ (𝐴 · 𝐴) ∈ ℕ) → ((𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴) ↔ ((𝐴 · 𝐵) + 1) ≤ (𝐴 · 𝐴)))
314, 29, 30syl2anc 691 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) < (𝐴 · 𝐴) ↔ ((𝐴 · 𝐵) + 1) ≤ (𝐴 · 𝐴)))
3228, 31mpbid 221 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐴 · 𝐵) + 1) ≤ (𝐴 · 𝐴))
332nncnd 10913 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
3433sqvald 12867 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴↑2) = (𝐴 · 𝐴))
3532, 1, 343brtr4d 4615 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ≤ (𝐴↑2))
3635adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑁 ≤ (𝐴↑2))
37 pockthg.5 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)))
3837adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)))
39 prmnn 15226 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℕ)
4039ad2antrl 760 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝 ∈ ℕ)
4140nncnd 10913 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝 ∈ ℂ)
4241exp1d 12865 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (𝑝↑1) = 𝑝)
43 nnge1 10923 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ → 1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
4443ad2antll 761 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴))
45 simprl 790 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝 ∈ ℙ)
462nnzd 11357 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝜑𝐴 ∈ ℤ)
4746ad2antrr 758 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝐴 ∈ ℤ)
48 1nn0 11185 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1 ∈ ℕ0
4948a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 1 ∈ ℕ0)
50 pcdvdsb 15411 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℕ0) → (1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑝↑1) ∥ 𝐴))
5145, 47, 49, 50syl3anc 1318 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (1 ≤ (𝑝 pCnt 𝐴) ↔ (𝑝↑1) ∥ 𝐴))
5244, 51mpbid 221 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (𝑝↑1) ∥ 𝐴)
5342, 52eqbrtrrd 4607 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → 𝑝𝐴)
54 simpl1 1057 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝜑)
5554, 2syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝐴 ∈ ℕ)
5654, 3syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝐵 ∈ ℕ)
5754, 23syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝐵 < 𝐴)
5854, 1syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑁 = ((𝐴 · 𝐵) + 1))
59 simpl2l 1107 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑞 ∈ ℙ)
60 simpl2r 1108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑞𝑁)
61 simpl3l 1109 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑝 ∈ ℙ)
62 simpl3r 1110 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)
63 simprl 790 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → 𝑥 ∈ ℤ)
64 simprrl 800 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → ((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1)
65 simprrr 801 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((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 15447 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1))) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))
6766rexlimdvaa 3014 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
68673expa 1257 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → (∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
6953, 68embantd 57 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ (𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ)) → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
7069expr 641 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))))
71 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℙ)
72 prmuz2 15246 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑞 ∈ ℙ → 𝑞 ∈ (ℤ‘2))
73 uz2m1nn 11639 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑞 ∈ (ℤ‘2) → (𝑞 − 1) ∈ ℕ)
7472, 73syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑞 ∈ ℙ → (𝑞 − 1) ∈ ℕ)
7574ad2antrl 760 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑞 − 1) ∈ ℕ)
76 pccl 15392 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ (𝑞 − 1) ∈ ℕ) → (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)) ∈ ℕ0)
7771, 75, 76syl2anr 494 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)) ∈ ℕ0)
7877nn0ge0d 11231 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))
79 breq1 4586 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑝 pCnt 𝐴) = 0 → ((𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)) ↔ 0 ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8078, 79syl5ibrcom 236 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) = 0 → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8180a1dd 48 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) = 0 → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))))
82 simpr 476 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℙ)
832ad2antrr 758 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → 𝐴 ∈ ℕ)
8482, 83pccld 15393 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ0)
85 elnn0 11171 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ ∨ (𝑝 pCnt 𝐴) = 0))
8684, 85sylib 207 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 pCnt 𝐴) ∈ ℕ ∨ (𝑝 pCnt 𝐴) = 0))
8770, 81, 86mpjaod 395 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8887ralimdva 2945 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝𝐴 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑁 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑁) = 1)) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
8938, 88mpd 15 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1)))
9046adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ∈ ℤ)
9175nnzd 11357 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑞 − 1) ∈ ℤ)
92 pc2dvds 15421 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝑞 − 1) ∈ ℤ) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
9390, 91, 92syl2anc 691 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) ↔ ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 pCnt 𝐴) ≤ (𝑝 pCnt (𝑞 − 1))))
9489, 93mpbird 246 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ∥ (𝑞 − 1))
95 dvdsle 14870 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝑞 − 1) ∈ ℕ) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) → 𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
9690, 75, 95syl2anc 691 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 ∥ (𝑞 − 1) → 𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
9794, 96mpd 15 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ≤ (𝑞 − 1))
982nnnn0d 11228 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐴 ∈ ℕ0)
9998adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ∈ ℕ0)
10020nnnn0d 11228 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑞 ∈ ℕ0)
101 nn0ltlem1 11314 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℕ0𝑞 ∈ ℕ0) → (𝐴 < 𝑞𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
10299, 100, 101syl2anc 691 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 < 𝑞𝐴 ≤ (𝑞 − 1)))
10397, 102mpbird 246 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 < 𝑞)
10416adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝐴 ∈ ℝ)
10598nn0ge0d 11231 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
106105adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 0 ≤ 𝐴)
107100nn0ge0d 11231 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 0 ≤ 𝑞)
108104, 21, 106, 107lt2sqd 12905 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴 < 𝑞 ↔ (𝐴↑2) < (𝑞↑2)))
109103, 108mpbid 221 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝐴↑2) < (𝑞↑2))
11015, 18, 22, 36, 109lelttrd 10074 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → 𝑁 < (𝑞↑2))
11115, 22ltnled 10063 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → (𝑁 < (𝑞↑2) ↔ ¬ (𝑞↑2) ≤ 𝑁))
112110, 111mpbid 221 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑞 ∈ ℙ ∧ 𝑞𝑁)) → ¬ (𝑞↑2) ≤ 𝑁)
113112expr 641 . . . 4 ((𝜑𝑞 ∈ ℙ) → (𝑞𝑁 → ¬ (𝑞↑2) ≤ 𝑁))
114113con2d 128 . . 3 ((𝜑𝑞 ∈ ℙ) → ((𝑞↑2) ≤ 𝑁 → ¬ 𝑞𝑁))
115114ralrimiva 2949 . 2 (𝜑 → ∀𝑞 ∈ ℙ ((𝑞↑2) ≤ 𝑁 → ¬ 𝑞𝑁))
116 isprm5 15257 . 2 (𝑁 ∈ ℙ ↔ (𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ ∀𝑞 ∈ ℙ ((𝑞↑2) ≤ 𝑁 → ¬ 𝑞𝑁)))
11712, 115, 116sylanbrc 695 1 (𝜑𝑁 ∈ ℙ)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∨ wo 382   ∧ wa 383   ∧ w3a 1031   = wceq 1475   ∈ wcel 1977  ∀wral 2896  ∃wrex 2897   class class class wbr 4583  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  ℝcr 9814  0cc0 9815  1c1 9816   + caddc 9818   · cmul 9820   < clt 9953   ≤ cle 9954   − cmin 10145   / cdiv 10563  ℕcn 10897  2c2 10947  ℕ0cn0 11169  ℤcz 11254  ℤ≥cuz 11563   mod cmo 12530  ↑cexp 12722   ∥ cdvds 14821   gcd cgcd 15054  ℙcprime 15223   pCnt cpc 15379 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-map 7746  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  df-card 8648  df-cda 8873  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-prm 15224  df-odz 15308  df-phi 15309  df-pc 15380 This theorem is referenced by:  pockthi  15449  proththd  40069
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