Metamath Proof Explorer


Theorem nprmmul1

Description: Special factorization of a non-prime integer greater than 3. (Contributed by AV, 5-Apr-2026)

Ref Expression
Assertion nprmmul1 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∉ ℙ ↔ ∃ a ∈ 2 ..^ N ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isprm3 ⊢ N ∈ ℙ ↔ N ∈ ℤ ≥ 2 ∧ ∀ a ∈ 2 … N − 1 ¬ a ∥ N
2 1 a1i ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∈ ℙ ↔ N ∈ ℤ ≥ 2 ∧ ∀ a ∈ 2 … N − 1 ¬ a ∥ N
3 uzuzle24 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∈ ℤ ≥ 2
4 3 biantrurd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → ∀ a ∈ 2 … N − 1 ¬ a ∥ N ↔ N ∈ ℤ ≥ 2 ∧ ∀ a ∈ 2 … N − 1 ¬ a ∥ N
5 eluzelz ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∈ ℤ
6 fzoval ⊢ N ∈ ℤ → 2 ..^ N = 2 … N − 1
7 5 6 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → 2 ..^ N = 2 … N − 1
8 7 eqcomd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → 2 … N − 1 = 2 ..^ N
9 8 raleqdv ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → ∀ a ∈ 2 … N − 1 ¬ a ∥ N ↔ ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ a ∥ N
10 eluz4nn ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∈ ℕ
11 10 anim1ci ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N → a ∈ 2 ..^ N ∧ N ∈ ℕ
12 nndivides2 ⊢ a ∈ 2 ..^ N ∧ N ∈ ℕ → a ∥ N ↔ ∃ b ∈ 2 ..^ N b ⁢ a = N
13 11 12 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N → a ∥ N ↔ ∃ b ∈ 2 ..^ N b ⁢ a = N
14 eqcom ⊢ b ⁢ a = N ↔ N = b ⁢ a
15 elfzo2nn ⊢ b ∈ 2 ..^ N → b ∈ ℕ
16 elfzo2nn ⊢ a ∈ 2 ..^ N → a ∈ ℕ
17 16 adantl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N → a ∈ ℕ
18 nnmulcom ⊢ b ∈ ℕ ∧ a ∈ ℕ → b ⁢ a = a ⁢ b
19 15 17 18 syl2anr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N ∧ b ∈ 2 ..^ N → b ⁢ a = a ⁢ b
20 19 eqeq2d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N ∧ b ∈ 2 ..^ N → N = b ⁢ a ↔ N = a ⁢ b
21 14 20 bitrid ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N ∧ b ∈ 2 ..^ N → b ⁢ a = N ↔ N = a ⁢ b
22 21 rexbidva ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N → ∃ b ∈ 2 ..^ N b ⁢ a = N ↔ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
23 13 22 bitrd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N → a ∥ N ↔ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
24 23 notbid ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 ∧ a ∈ 2 ..^ N → ¬ a ∥ N ↔ ¬ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
25 24 ralbidva ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ a ∥ N ↔ ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
26 9 25 bitrd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → ∀ a ∈ 2 … N − 1 ¬ a ∥ N ↔ ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
27 2 4 26 3bitr2d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∈ ℙ ↔ ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
28 nnel ⊢ ¬ N ∉ ℙ ↔ N ∈ ℙ
29 ralnex ⊢ ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b ↔ ¬ ∃ a ∈ 2 ..^ N ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
30 29 bicomi ⊢ ¬ ∃ a ∈ 2 ..^ N ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b ↔ ∀ a ∈ 2 ..^ N ¬ ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
31 27 28 30 3bitr4g ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → ¬ N ∉ ℙ ↔ ¬ ∃ a ∈ 2 ..^ N ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b
32 31 con4bid ⊢ N ∈ ℤ ≥ 4 → N ∉ ℙ ↔ ∃ a ∈ 2 ..^ N ∃ b ∈ 2 ..^ N N = a ⁢ b