Metamath Proof Explorer


Theorem prmodvdslcmf

Description: The primorial of a nonnegative integer divides the least common multiple of all positive integers less than or equal to the integer. (Contributed by AV, 19-Aug-2020) (Revised by AV, 29-Aug-2020)

Ref Expression
Assertion prmodvdslcmf ⊢ N ∈ ℕ 0 → # p ⁡ N ∥ lcm _ ⁡ 1 … N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 prmoval ⊢ N ∈ ℕ 0 → # p ⁡ N = ∏ k = 1 N if k ∈ ℙ k 1
2 eqidd ⊢ k ∈ 1 … N → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 = m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1
3 simpr ⊢ k ∈ 1 … N ∧ m = k → m = k
4 3 eleq1d ⊢ k ∈ 1 … N ∧ m = k → m ∈ ℙ ↔ k ∈ ℙ
5 4 3 ifbieq1d ⊢ k ∈ 1 … N ∧ m = k → if m ∈ ℙ m 1 = if k ∈ ℙ k 1
6 elfznn ⊢ k ∈ 1 … N → k ∈ ℕ
7 1nn ⊢ 1 ∈ ℕ
8 7 a1i ⊢ k ∈ 1 … N → 1 ∈ ℕ
9 6 8 ifcld ⊢ k ∈ 1 … N → if k ∈ ℙ k 1 ∈ ℕ
10 2 5 6 9 fvmptd ⊢ k ∈ 1 … N → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k = if k ∈ ℙ k 1
11 10 eqcomd ⊢ k ∈ 1 … N → if k ∈ ℙ k 1 = m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k
12 11 prodeq2i ⊢ ∏ k = 1 N if k ∈ ℙ k 1 = ∏ k = 1 N m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k
13 1 12 eqtrdi ⊢ N ∈ ℕ 0 → # p ⁡ N = ∏ k = 1 N m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k
14 fzfid ⊢ N ∈ ℕ 0 → 1 … N ∈ Fin
15 fz1ssnn ⊢ 1 … N ⊆ ℕ
16 14 15 jctil ⊢ N ∈ ℕ 0 → 1 … N ⊆ ℕ ∧ 1 … N ∈ Fin
17 fzssz ⊢ 1 … N ⊆ ℤ
18 17 a1i ⊢ N ∈ ℕ 0 → 1 … N ⊆ ℤ
19 0nelfz1 ⊢ 0 ∉ 1 … N
20 19 a1i ⊢ N ∈ ℕ 0 → 0 ∉ 1 … N
21 lcmfn0cl ⊢ 1 … N ⊆ ℤ ∧ 1 … N ∈ Fin ∧ 0 ∉ 1 … N → lcm _ ⁡ 1 … N ∈ ℕ
22 18 14 20 21 syl3anc ⊢ N ∈ ℕ 0 → lcm _ ⁡ 1 … N ∈ ℕ
23 id ⊢ m ∈ ℕ → m ∈ ℕ
24 7 a1i ⊢ m ∈ ℕ → 1 ∈ ℕ
25 23 24 ifcld ⊢ m ∈ ℕ → if m ∈ ℙ m 1 ∈ ℕ
26 25 adantl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ ℕ → if m ∈ ℙ m 1 ∈ ℕ
27 26 fmpttd ⊢ N ∈ ℕ 0 → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 : ℕ ⟶ ℕ
28 simpr ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → k ∈ 1 … N
29 28 adantr ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ x ∈ 1 … N ∖ k → k ∈ 1 … N
30 eldifi ⊢ x ∈ 1 … N ∖ k → x ∈ 1 … N
31 30 adantl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ x ∈ 1 … N ∖ k → x ∈ 1 … N
32 eldif ⊢ x ∈ 1 … N ∖ k ↔ x ∈ 1 … N ∧ ¬ x ∈ k
33 velsn ⊢ x ∈ k ↔ x = k
34 33 biimpri ⊢ x = k → x ∈ k
35 34 equcoms ⊢ k = x → x ∈ k
36 35 necon3bi ⊢ ¬ x ∈ k → k ≠ x
37 32 36 simplbiim ⊢ x ∈ 1 … N ∖ k → k ≠ x
38 37 adantl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ x ∈ 1 … N ∖ k → k ≠ x
39 eqid ⊢ m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 = m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1
40 39 fvprmselgcd1 ⊢ k ∈ 1 … N ∧ x ∈ 1 … N ∧ k ≠ x → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k gcd m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ x = 1
41 29 31 38 40 syl3anc ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ x ∈ 1 … N ∖ k → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k gcd m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ x = 1
42 41 ralrimiva ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → ∀ x ∈ 1 … N ∖ k m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k gcd m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ x = 1
43 42 ralrimiva ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∀ k ∈ 1 … N ∀ x ∈ 1 … N ∖ k m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k gcd m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ x = 1
44 eqidd ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 = m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1
45 simpr ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ m = k → m = k
46 45 eleq1d ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ m = k → m ∈ ℙ ↔ k ∈ ℙ
47 46 45 ifbieq1d ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N ∧ m = k → if m ∈ ℙ m 1 = if k ∈ ℙ k 1
48 15 28 sselid ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → k ∈ ℕ
49 17 28 sselid ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → k ∈ ℤ
50 1zzd ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → 1 ∈ ℤ
51 49 50 ifcld ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → if k ∈ ℙ k 1 ∈ ℤ
52 44 47 48 51 fvmptd ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k = if k ∈ ℙ k 1
53 breq1 ⊢ x = if k ∈ ℙ k 1 → x ∥ lcm _ ⁡ 1 … N ↔ if k ∈ ℙ k 1 ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
54 16 adantr ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → 1 … N ⊆ ℕ ∧ 1 … N ∈ Fin
55 17 2a1i ⊢ 1 … N ∈ Fin → 1 … N ⊆ ℕ → 1 … N ⊆ ℤ
56 55 imdistanri ⊢ 1 … N ⊆ ℕ ∧ 1 … N ∈ Fin → 1 … N ⊆ ℤ ∧ 1 … N ∈ Fin
57 dvdslcmf ⊢ 1 … N ⊆ ℤ ∧ 1 … N ∈ Fin → ∀ x ∈ 1 … N x ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
58 54 56 57 3syl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → ∀ x ∈ 1 … N x ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
59 elfzuz2 ⊢ k ∈ 1 … N → N ∈ ℤ ≥ 1
60 59 adantl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → N ∈ ℤ ≥ 1
61 eluzfz1 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 1 → 1 ∈ 1 … N
62 60 61 syl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → 1 ∈ 1 … N
63 28 62 ifcld ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → if k ∈ ℙ k 1 ∈ 1 … N
64 53 58 63 rspcdva ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → if k ∈ ℙ k 1 ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
65 52 64 eqbrtrd ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
66 65 ralrimiva ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∀ k ∈ 1 … N m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
67 coprmproddvds ⊢ 1 … N ⊆ ℕ ∧ 1 … N ∈ Fin ∧ lcm _ ⁡ 1 … N ∈ ℕ ∧ m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 : ℕ ⟶ ℕ ∧ ∀ k ∈ 1 … N ∀ x ∈ 1 … N ∖ k m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k gcd m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ x = 1 ∧ ∀ k ∈ 1 … N m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k ∥ lcm _ ⁡ 1 … N → ∏ k = 1 N m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
68 16 22 27 43 66 67 syl122anc ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∏ k = 1 N m ∈ ℕ ⟼ if m ∈ ℙ m 1 ⁡ k ∥ lcm _ ⁡ 1 … N
69 13 68 eqbrtrd ⊢ N ∈ ℕ 0 → # p ⁡ N ∥ lcm _ ⁡ 1 … N