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Theorem pcqmul

Description: Multiplication property of the prime power function. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Sep-2014)

Ref Expression
Assertion pcqmul ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simp2l ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → A ∈ ℚ
2 elq ⊢ A ∈ ℚ ↔ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ A = x y
3 1 2 sylib ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ A = x y
4 simp3l ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → B ∈ ℚ
5 elq ⊢ B ∈ ℚ ↔ ∃ z ∈ ℤ ∃ w ∈ ℕ B = z w
6 4 5 sylib ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → ∃ z ∈ ℤ ∃ w ∈ ℕ B = z w
7 reeanv ⊢ ∃ x ∈ ℤ ∃ z ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ A = x y ∧ ∃ w ∈ ℕ B = z w ↔ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ A = x y ∧ ∃ z ∈ ℤ ∃ w ∈ ℕ B = z w
8 reeanv ⊢ ∃ y ∈ ℕ ∃ w ∈ ℕ A = x y ∧ B = z w ↔ ∃ y ∈ ℕ A = x y ∧ ∃ w ∈ ℕ B = z w
9 simp2r ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → A ≠ 0
10 simp3r ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → B ≠ 0
11 9 10 jca ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → A ≠ 0 ∧ B ≠ 0
12 11 ad2antrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → A ≠ 0 ∧ B ≠ 0
13 simp1 ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → P ∈ ℙ
14 simprl ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → y ∈ ℕ
15 14 nncnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → y ∈ ℂ
16 14 nnne0d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → y ≠ 0
17 15 16 div0d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → 0 y = 0
18 oveq1 ⊢ x = 0 → x y = 0 y
19 18 eqeq1d ⊢ x = 0 → x y = 0 ↔ 0 y = 0
20 17 19 syl5ibrcom ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → x = 0 → x y = 0
21 20 necon3d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → x y ≠ 0 → x ≠ 0
22 simprr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → w ∈ ℕ
23 22 nncnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → w ∈ ℂ
24 22 nnne0d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → w ≠ 0
25 23 24 div0d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → 0 w = 0
26 oveq1 ⊢ z = 0 → z w = 0 w
27 26 eqeq1d ⊢ z = 0 → z w = 0 ↔ 0 w = 0
28 25 27 syl5ibrcom ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → z = 0 → z w = 0
29 28 necon3d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → z w ≠ 0 → z ≠ 0
30 simpll ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P ∈ ℙ
31 simplrl ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → x ∈ ℤ
32 simplrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → z ∈ ℤ
33 31 32 zmulcld ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → x ⁢ z ∈ ℤ
34 31 zcnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → x ∈ ℂ
35 32 zcnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → z ∈ ℂ
36 simprrl ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → x ≠ 0
37 simprrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → z ≠ 0
38 34 35 36 37 mulne0d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → x ⁢ z ≠ 0
39 14 adantrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → y ∈ ℕ
40 22 adantrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → w ∈ ℕ
41 39 40 nnmulcld ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → y ⁢ w ∈ ℕ
42 pcdiv ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ⁢ z ∈ ℤ ∧ x ⁢ z ≠ 0 ∧ y ⁢ w ∈ ℕ → P pCnt x ⁢ z y ⁢ w = P pCnt x ⁢ z − P pCnt y ⁢ w
43 30 33 38 41 42 syl121anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ⁢ z y ⁢ w = P pCnt x ⁢ z − P pCnt y ⁢ w
44 pcmul ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ x ≠ 0 ∧ z ∈ ℤ ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ⁢ z = P pCnt x + P pCnt z
45 30 31 36 32 37 44 syl122anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ⁢ z = P pCnt x + P pCnt z
46 39 nnzd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → y ∈ ℤ
47 16 adantrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → y ≠ 0
48 40 nnzd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → w ∈ ℤ
49 24 adantrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → w ≠ 0
50 pcmul ⊢ P ∈ ℙ ∧ y ∈ ℤ ∧ y ≠ 0 ∧ w ∈ ℤ ∧ w ≠ 0 → P pCnt y ⁢ w = P pCnt y + P pCnt w
51 30 46 47 48 49 50 syl122anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt y ⁢ w = P pCnt y + P pCnt w
52 45 51 oveq12d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ⁢ z − P pCnt y ⁢ w = P pCnt x + P pCnt z - P pCnt y + P pCnt w
53 pczcl ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ x ≠ 0 → P pCnt x ∈ ℕ 0
54 30 31 36 53 syl12anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ∈ ℕ 0
55 54 nn0cnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ∈ ℂ
56 pczcl ⊢ P ∈ ℙ ∧ z ∈ ℤ ∧ z ≠ 0 → P pCnt z ∈ ℕ 0
57 30 32 37 56 syl12anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt z ∈ ℕ 0
58 57 nn0cnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt z ∈ ℂ
59 30 39 pccld ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt y ∈ ℕ 0
60 59 nn0cnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt y ∈ ℂ
61 30 40 pccld ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt w ∈ ℕ 0
62 61 nn0cnd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt w ∈ ℂ
63 55 58 60 62 addsub4d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x + P pCnt z - P pCnt y + P pCnt w = P pCnt x − P pCnt y + P pCnt z - P pCnt w
64 43 52 63 3eqtrd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x ⁢ z y ⁢ w = P pCnt x − P pCnt y + P pCnt z - P pCnt w
65 15 adantrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → y ∈ ℂ
66 23 adantrr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → w ∈ ℂ
67 34 65 35 66 47 49 divmuldivd ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → x y ⁢ z w = x ⁢ z y ⁢ w
68 67 oveq2d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x y ⁢ z w = P pCnt x ⁢ z y ⁢ w
69 pcdiv ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ x ≠ 0 ∧ y ∈ ℕ → P pCnt x y = P pCnt x − P pCnt y
70 30 31 36 39 69 syl121anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x y = P pCnt x − P pCnt y
71 pcdiv ⊢ P ∈ ℙ ∧ z ∈ ℤ ∧ z ≠ 0 ∧ w ∈ ℕ → P pCnt z w = P pCnt z − P pCnt w
72 30 32 37 40 71 syl121anc ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt z w = P pCnt z − P pCnt w
73 70 72 oveq12d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x y + P pCnt z w = P pCnt x − P pCnt y + P pCnt z - P pCnt w
74 64 68 73 3eqtr4d ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ ∧ x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x y ⁢ z w = P pCnt x y + P pCnt z w
75 74 expr ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → x ≠ 0 ∧ z ≠ 0 → P pCnt x y ⁢ z w = P pCnt x y + P pCnt z w
76 21 29 75 syl2and ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → x y ≠ 0 ∧ z w ≠ 0 → P pCnt x y ⁢ z w = P pCnt x y + P pCnt z w
77 neeq1 ⊢ A = x y → A ≠ 0 ↔ x y ≠ 0
78 neeq1 ⊢ B = z w → B ≠ 0 ↔ z w ≠ 0
79 77 78 bi2anan9 ⊢ A = x y ∧ B = z w → A ≠ 0 ∧ B ≠ 0 ↔ x y ≠ 0 ∧ z w ≠ 0
80 oveq12 ⊢ A = x y ∧ B = z w → A ⁢ B = x y ⁢ z w
81 80 oveq2d ⊢ A = x y ∧ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt x y ⁢ z w
82 oveq2 ⊢ A = x y → P pCnt A = P pCnt x y
83 oveq2 ⊢ B = z w → P pCnt B = P pCnt z w
84 82 83 oveqan12d ⊢ A = x y ∧ B = z w → P pCnt A + P pCnt B = P pCnt x y + P pCnt z w
85 81 84 eqeq12d ⊢ A = x y ∧ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B ↔ P pCnt x y ⁢ z w = P pCnt x y + P pCnt z w
86 79 85 imbi12d ⊢ A = x y ∧ B = z w → A ≠ 0 ∧ B ≠ 0 → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B ↔ x y ≠ 0 ∧ z w ≠ 0 → P pCnt x y ⁢ z w = P pCnt x y + P pCnt z w
87 76 86 syl5ibrcom ⊢ P ∈ ℙ ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → A = x y ∧ B = z w → A ≠ 0 ∧ B ≠ 0 → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
88 13 87 sylanl1 ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → A = x y ∧ B = z w → A ≠ 0 ∧ B ≠ 0 → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
89 12 88 mpid ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ ∧ y ∈ ℕ ∧ w ∈ ℕ → A = x y ∧ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
90 89 rexlimdvva ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → ∃ y ∈ ℕ ∃ w ∈ ℕ A = x y ∧ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
91 8 90 biimtrrid ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 ∧ x ∈ ℤ ∧ z ∈ ℤ → ∃ y ∈ ℕ A = x y ∧ ∃ w ∈ ℕ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
92 91 rexlimdvva ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → ∃ x ∈ ℤ ∃ z ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ A = x y ∧ ∃ w ∈ ℕ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
93 7 92 biimtrrid ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℕ A = x y ∧ ∃ z ∈ ℤ ∃ w ∈ ℕ B = z w → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B
94 3 6 93 mp2and ⊢ P ∈ ℙ ∧ A ∈ ℚ ∧ A ≠ 0 ∧ B ∈ ℚ ∧ B ≠ 0 → P pCnt A ⁢ B = P pCnt A + P pCnt B