Metamath Proof Explorer


Theorem bposlem6

Description: Lemma for bpos . By using the various bounds at our disposal, arrive at an inequality that is false for N large enough. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Mar-2014) (Revised by Wolf Lammen, 12-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses bpos.1 φN5
bpos.2 φ¬pN<pp2 N
bpos.3 F=nifnnnpCnt(2 NN)1
bpos.4 K=2 N3
bpos.5 M=2 N
Assertion bposlem6 φ4NN<2 N2 N3+224 N35

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bpos.1 φN5
2 bpos.2 φ¬pN<pp2 N
3 bpos.3 F=nifnnnpCnt(2 NN)1
4 bpos.4 K=2 N3
5 bpos.5 M=2 N
6 4nn 4
7 5nn 5
8 eluznn 5N5N
9 7 1 8 sylancr φN
10 9 nnnn0d φN0
11 nnexpcl 4N04N
12 6 10 11 sylancr φ4N
13 12 nnred φ4N
14 13 9 nndivred φ4NN
15 fzctr N0N02 N
16 10 15 syl φN02 N
17 bccl2 N02 N(2 NN)
18 16 17 syl φ(2 NN)
19 18 nnred φ(2 NN)
20 2nn 2
21 nnmulcl 2N2 N
22 20 9 21 sylancr φ2 N
23 22 nnrpd φ2 N+
24 22 nnred φ2 N
25 23 rpge0d φ02 N
26 24 25 resqrtcld φ2 N
27 3nn 3
28 nndivre 2 N32 N3
29 26 27 28 sylancl φ2 N3
30 2re 2
31 readdcl 2 N322 N3+2
32 29 30 31 sylancl φ2 N3+2
33 23 32 rpcxpcld φ2 N2 N3+2+
34 33 rpred φ2 N2 N3+2
35 2rp 2+
36 nnmulcl 4N4 N
37 6 9 36 sylancr φ4 N
38 37 nnred φ4 N
39 nndivre 4 N34 N3
40 38 27 39 sylancl φ4 N3
41 5re 5
42 resubcl 4 N354 N35
43 40 41 42 sylancl φ4 N35
44 rpcxpcl 2+4 N3524 N35+
45 35 43 44 sylancr φ24 N35+
46 45 rpred φ24 N35
47 34 46 remulcld φ2 N2 N3+224 N35
48 df-5 5=4+1
49 4z 4
50 uzid 444
51 peano2uz 444+14
52 49 50 51 mp2b 4+14
53 48 52 eqeltri 54
54 eqid 4=4
55 54 uztrn2 54N5N4
56 53 1 55 sylancr φN4
57 bclbnd N44NN<(2 NN)
58 56 57 syl φ4NN<(2 NN)
59 id nn
60 pccl n(2 NN)npCnt(2 NN)0
61 59 18 60 syl2anr φnnpCnt(2 NN)0
62 61 ralrimiva φnnpCnt(2 NN)0
63 3 62 pcmptcl φF:seq1×F:
64 63 simprd φseq1×F:
65 1 2 3 4 5 bposlem4 φM3K
66 elfzuz M3KM3
67 65 66 syl φM3
68 eluznn 3M3M
69 27 67 68 sylancr φM
70 64 69 ffvelcdmd φseq1×FM
71 70 nnred φseq1×FM
72 2z 2
73 nndivre 2 N32 N3
74 24 27 73 sylancl φ2 N3
75 74 flcld φ2 N3
76 4 75 eqeltrid φK
77 zmulcl 2K2K
78 72 76 77 sylancr φ2K
79 7 nnzi 5
80 zsubcl 2K52K5
81 78 79 80 sylancl φ2K5
82 81 zred φ2K5
83 rpcxpcl 2+2K522K5+
84 35 82 83 sylancr φ22K5+
85 84 rpred φ22K5
86 71 85 remulcld φseq1×FM22K5
87 1 2 3 4 bposlem3 φseq1×FK=(2 NN)
88 elfzuz3 M3KKM
89 65 88 syl φKM
90 3 62 69 89 pcmptdvds φseq1×FMseq1×FK
91 70 nnzd φseq1×FM
92 70 nnne0d φseq1×FM0
93 uztrn KMM3K3
94 89 67 93 syl2anc φK3
95 eluznn 3K3K
96 27 94 95 sylancr φK
97 64 96 ffvelcdmd φseq1×FK
98 97 nnzd φseq1×FK
99 dvdsval2 seq1×FMseq1×FM0seq1×FKseq1×FMseq1×FKseq1×FKseq1×FM
100 91 92 98 99 syl3anc φseq1×FMseq1×FKseq1×FKseq1×FM
101 90 100 mpbid φseq1×FKseq1×FM
102 101 zred φseq1×FKseq1×FM
103 69 nnred φM
104 76 zred φK
105 eluzle KMMK
106 89 105 syl φMK
107 efchtdvds MKMKeθMeθK
108 103 104 106 107 syl3anc φeθMeθK
109 efchtcl MeθM
110 103 109 syl φeθM
111 110 nnzd φeθM
112 110 nnne0d φeθM0
113 efchtcl KeθK
114 104 113 syl φeθK
115 114 nnzd φeθK
116 dvdsval2 eθMeθM0eθKeθMeθKeθKeθM
117 111 112 115 116 syl3anc φeθMeθKeθKeθM
118 108 117 mpbid φeθKeθM
119 118 zred φeθKeθM
120 prmz pp
121 fllt 2 Np2 N<p2 N<p
122 26 120 121 syl2an φp2 N<p2 N<p
123 5 breq1i M<p2 N<p
124 122 123 bitr4di φp2 N<pM<p
125 120 zred pp
126 ltnle MpM<p¬pM
127 103 125 126 syl2an φpM<p¬pM
128 124 127 bitrd φp2 N<p¬pM
129 bposlem1 NppppCnt(2 NN)2 N
130 9 129 sylan φppppCnt(2 NN)2 N
131 125 adantl φpp
132 id pp
133 pccl p(2 NN)ppCnt(2 NN)0
134 132 18 133 syl2anr φpppCnt(2 NN)0
135 131 134 reexpcld φppppCnt(2 NN)
136 24 adantr φp2 N
137 131 resqcld φpp2
138 lelttr pppCnt(2 NN)2 Np2pppCnt(2 NN)2 N2 N<p2pppCnt(2 NN)<p2
139 135 136 137 138 syl3anc φppppCnt(2 NN)2 N2 N<p2pppCnt(2 NN)<p2
140 130 139 mpand φp2 N<p2pppCnt(2 NN)<p2
141 resqrtth 2 N02 N2 N2=2 N
142 24 25 141 syl2anc φ2 N2=2 N
143 142 breq1d φ2 N2<p22 N<p2
144 143 adantr φp2 N2<p22 N<p2
145 134 nn0zd φpppCnt(2 NN)
146 72 a1i φp2
147 prmgt1 p1<p
148 147 adantl φp1<p
149 131 145 146 148 ltexp2d φpppCnt(2 NN)<2pppCnt(2 NN)<p2
150 140 144 149 3imtr4d φp2 N2<p2ppCnt(2 NN)<2
151 df-2 2=1+1
152 151 breq2i ppCnt(2 NN)<2ppCnt(2 NN)<1+1
153 150 152 imbitrdi φp2 N2<p2ppCnt(2 NN)<1+1
154 26 adantr φp2 N
155 24 25 sqrtge0d φ02 N
156 155 adantr φp02 N
157 prmnn pp
158 157 nnrpd pp+
159 158 rpge0d p0p
160 159 adantl φp0p
161 154 131 156 160 lt2sqd φp2 N<p2 N2<p2
162 1z 1
163 zleltp1 ppCnt(2 NN)1ppCnt(2 NN)1ppCnt(2 NN)<1+1
164 145 162 163 sylancl φpppCnt(2 NN)1ppCnt(2 NN)<1+1
165 153 161 164 3imtr4d φp2 N<pppCnt(2 NN)1
166 128 165 sylbird φp¬pMppCnt(2 NN)1
167 166 imp φp¬pMppCnt(2 NN)1
168 167 adantrl φppK¬pMppCnt(2 NN)1
169 iftrue pK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0=ppCnt(2 NN)
170 169 adantl φppK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0=ppCnt(2 NN)
171 iftrue pK¬pMifpK¬pM10=1
172 171 adantl φppK¬pMifpK¬pM10=1
173 168 170 172 3brtr4d φppK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0ifpK¬pM10
174 0le0 00
175 iffalse ¬pK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0=0
176 iffalse ¬pK¬pMifpK¬pM10=0
177 175 176 breq12d ¬pK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0ifpK¬pM1000
178 174 177 mpbiri ¬pK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0ifpK¬pM10
179 178 adantl φp¬pK¬pMifpK¬pMppCnt(2 NN)0ifpK¬pM10
180 173 179 pm2.61dan φpifpK¬pMppCnt(2 NN)0ifpK¬pM10
181 62 adantr φpnnpCnt(2 NN)0
182 69 adantr φpM
183 simpr φpp
184 oveq1 n=pnpCnt(2 NN)=ppCnt(2 NN)
185 89 adantr φpKM
186 3 181 182 183 184 185 pcmpt2 φpppCntseq1×FKseq1×FM=ifpK¬pMppCnt(2 NN)0
187 eqid nifnn1=nifnn1
188 187 prmorcht KeθK=seq1×nifnn1K
189 96 188 syl φeθK=seq1×nifnn1K
190 187 prmorcht MeθM=seq1×nifnn1M
191 69 190 syl φeθM=seq1×nifnn1M
192 189 191 oveq12d φeθKeθM=seq1×nifnn1Kseq1×nifnn1M
193 192 adantr φpeθKeθM=seq1×nifnn1Kseq1×nifnn1M
194 193 oveq2d φpppCnteθKeθM=ppCntseq1×nifnn1Kseq1×nifnn1M
195 nncn nn
196 195 exp1d nn1=n
197 196 ifeq1d nifnn11=ifnn1
198 197 mpteq2ia nifnn11=nifnn1
199 198 eqcomi nifnn1=nifnn11
200 1nn0 10
201 200 a1i φn10
202 201 ralrimiva φn10
203 202 adantr φpn10
204 eqidd n=p1=1
205 199 203 182 183 204 185 pcmpt2 φpppCntseq1×nifnn1Kseq1×nifnn1M=ifpK¬pM10
206 194 205 eqtrd φpppCnteθKeθM=ifpK¬pM10
207 180 186 206 3brtr4d φpppCntseq1×FKseq1×FMppCnteθKeθM
208 207 ralrimiva φpppCntseq1×FKseq1×FMppCnteθKeθM
209 pc2dvds seq1×FKseq1×FMeθKeθMseq1×FKseq1×FMeθKeθMpppCntseq1×FKseq1×FMppCnteθKeθM
210 101 118 209 syl2anc φseq1×FKseq1×FMeθKeθMpppCntseq1×FKseq1×FMppCnteθKeθM
211 208 210 mpbird φseq1×FKseq1×FMeθKeθM
212 114 nnred φeθK
213 110 nnred φeθM
214 114 nngt0d φ0<eθK
215 110 nngt0d φ0<eθM
216 212 213 214 215 divgt0d φ0<eθKeθM
217 elnnz eθKeθMeθKeθM0<eθKeθM
218 118 216 217 sylanbrc φeθKeθM
219 dvdsle seq1×FKseq1×FMeθKeθMseq1×FKseq1×FMeθKeθMseq1×FKseq1×FMeθKeθM
220 101 218 219 syl2anc φseq1×FKseq1×FMeθKeθMseq1×FKseq1×FMeθKeθM
221 211 220 mpd φseq1×FKseq1×FMeθKeθM
222 nndivre eθK4eθK4
223 212 6 222 sylancl φeθK4
224 4re 4
225 224 a1i φ4
226 6re 6
227 226 a1i φ6
228 4lt6 4<6
229 228 a1i φ4<6
230 cht3 θ3=log6
231 230 fveq2i eθ3=elog6
232 6pos 0<6
233 226 232 elrpii 6+
234 reeflog 6+elog6=6
235 233 234 ax-mp elog6=6
236 231 235 eqtri eθ3=6
237 3re 3
238 237 a1i φ3
239 eluzle M33M
240 67 239 syl φ3M
241 chtwordi 3M3Mθ3θM
242 238 103 240 241 syl3anc φθ3θM
243 chtcl 3θ3
244 237 243 ax-mp θ3
245 chtcl MθM
246 103 245 syl φθM
247 efle θ3θMθ3θMeθ3eθM
248 244 246 247 sylancr φθ3θMeθ3eθM
249 242 248 mpbid φeθ3eθM
250 236 249 eqbrtrrid φ6eθM
251 225 227 213 229 250 ltletrd φ4<eθM
252 4pos 0<4
253 252 a1i φ0<4
254 ltdiv2 40<4eθM0<eθMeθK0<eθK4<eθMeθKeθM<eθK4
255 225 253 213 215 212 214 254 syl222anc φ4<eθMeθKeθM<eθK4
256 251 255 mpbid φeθKeθM<eθK4
257 30 a1i φ2
258 2lt3 2<3
259 258 a1i φ2<3
260 238 103 104 240 106 letrd φ3K
261 257 238 104 259 260 ltletrd φ2<K
262 chtub K2<KθK<log22K3
263 104 261 262 syl2anc φθK<log22K3
264 chtcl KθK
265 104 264 syl φθK
266 relogcl 2+log2
267 35 266 ax-mp log2
268 3z 3
269 zsubcl 2K32K3
270 78 268 269 sylancl φ2K3
271 270 zred φ2K3
272 remulcl log22K3log22K3
273 267 271 272 sylancr φlog22K3
274 eflt θKlog22K3θK<log22K3eθK<elog22K3
275 265 273 274 syl2anc φθK<log22K3eθK<elog22K3
276 263 275 mpbid φeθK<elog22K3
277 reexplog 2+2K322K3=e2K3log2
278 35 270 277 sylancr φ22K3=e2K3log2
279 270 zcnd φ2K3
280 267 recni log2
281 mulcom 2K3log22K3log2=log22K3
282 279 280 281 sylancl φ2K3log2=log22K3
283 282 fveq2d φe2K3log2=elog22K3
284 278 283 eqtrd φ22K3=elog22K3
285 276 284 breqtrrd φeθK<22K3
286 3p2e5 3+2=5
287 286 oveq1i 3+2-2=52
288 3cn 3
289 2cn 2
290 288 289 pncan3oi 3+2-2=3
291 287 290 eqtr3i 52=3
292 291 oveq2i 2K52=2K3
293 78 zcnd φ2K
294 5cn 5
295 subsub 2K522K52=2K-5+2
296 294 289 295 mp3an23 2K2K52=2K-5+2
297 293 296 syl φ2K52=2K-5+2
298 292 297 eqtr3id φ2K3=2K-5+2
299 298 oveq2d φ22K3=22K-5+2
300 2ne0 20
301 cxpexpz 2202K322K3=22K3
302 289 300 270 301 mp3an12i φ22K3=22K3
303 81 zcnd φ2K5
304 2cnne0 220
305 cxpadd 2202K5222K-5+2=22K522
306 304 289 305 mp3an13 2K522K-5+2=22K522
307 303 306 syl φ22K-5+2=22K522
308 299 302 307 3eqtr3d φ22K3=22K522
309 2nn0 20
310 cxpexp 22022=22
311 289 309 310 mp2an 22=22
312 sq2 22=4
313 311 312 eqtri 22=4
314 313 oveq2i 22K522=22K54
315 308 314 eqtrdi φ22K3=22K54
316 285 315 breqtrd φeθK<22K54
317 224 252 pm3.2i 40<4
318 317 a1i φ40<4
319 ltdivmul2 eθK22K540<4eθK4<22K5eθK<22K54
320 212 85 318 319 syl3anc φeθK4<22K5eθK<22K54
321 316 320 mpbird φeθK4<22K5
322 119 223 85 256 321 lttrd φeθKeθM<22K5
323 102 119 85 221 322 lelttrd φseq1×FKseq1×FM<22K5
324 97 nnred φseq1×FK
325 nnre seq1×FMseq1×FM
326 nngt0 seq1×FM0<seq1×FM
327 325 326 jca seq1×FMseq1×FM0<seq1×FM
328 70 327 syl φseq1×FM0<seq1×FM
329 ltdivmul seq1×FK22K5seq1×FM0<seq1×FMseq1×FKseq1×FM<22K5seq1×FK<seq1×FM22K5
330 324 85 328 329 syl3anc φseq1×FKseq1×FM<22K5seq1×FK<seq1×FM22K5
331 323 330 mpbid φseq1×FK<seq1×FM22K5
332 87 331 eqbrtrrd φ(2 NN)<seq1×FM22K5
333 34 85 remulcld φ2 N2 N3+222K5
334 1 2 3 4 5 bposlem5 φseq1×FM2 N2 N3+2
335 71 34 84 lemul1d φseq1×FM2 N2 N3+2seq1×FM22K52 N2 N3+222K5
336 334 335 mpbid φseq1×FM22K52 N2 N3+222K5
337 78 zred φ2K
338 41 a1i φ5
339 flle 2 N32 N32 N3
340 74 339 syl φ2 N32 N3
341 4 340 eqbrtrid φK2 N3
342 2pos 0<2
343 30 342 pm3.2i 20<2
344 343 a1i φ20<2
345 lemul2 K2 N320<2K2 N32K22 N3
346 104 74 344 345 syl3anc φK2 N32K22 N3
347 341 346 mpbid φ2K22 N3
348 22 nncnd φ2 N
349 3ne0 30
350 288 349 pm3.2i 330
351 divass 22 N33022 N3=22 N3
352 289 350 351 mp3an13 2 N22 N3=22 N3
353 348 352 syl φ22 N3=22 N3
354 9 nncnd φN
355 mulass 22N22 N=22 N
356 289 289 354 355 mp3an12i φ22 N=22 N
357 2t2e4 22=4
358 357 oveq1i 22 N=4 N
359 356 358 eqtr3di φ22 N=4 N
360 359 oveq1d φ22 N3=4 N3
361 353 360 eqtr3d φ22 N3=4 N3
362 347 361 breqtrd φ2K4 N3
363 337 40 338 362 lesub1dd φ2K54 N35
364 1lt2 1<2
365 364 a1i φ1<2
366 257 365 82 43 cxpled φ2K54 N3522K524 N35
367 363 366 mpbid φ22K524 N35
368 85 46 33 lemul2d φ22K524 N352 N2 N3+222K52 N2 N3+224 N35
369 367 368 mpbid φ2 N2 N3+222K52 N2 N3+224 N35
370 86 333 47 336 369 letrd φseq1×FM22K52 N2 N3+224 N35
371 19 86 47 332 370 ltletrd φ(2 NN)<2 N2 N3+224 N35
372 14 19 47 58 371 lttrd φ4NN<2 N2 N3+224 N35