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Theorem 41prothprm

Description: 41 is aProth prime. (Contributed by AV, 5-Jul-2020)

Ref Expression
Hypothesis 41prothprm.p 𝑃 = 4 1
Assertion 41prothprm ( 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ∧ 𝑃 ∈ ℙ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 41prothprm.p 𝑃 = 4 1
2 1 41prothprmlem2 ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 )
3 dfdec10 4 1 = ( ( 1 0 · 4 ) + 1 )
4 4t2e8 ( 4 · 2 ) = 8
5 4cn 4 ∈ ℂ
6 2cn 2 ∈ ℂ
7 5 6 mulcomi ( 4 · 2 ) = ( 2 · 4 )
8 4 7 eqtr3i 8 = ( 2 · 4 )
9 8 oveq2i ( 5 · 8 ) = ( 5 · ( 2 · 4 ) )
10 5cn 5 ∈ ℂ
11 10 6 5 mulassi ( ( 5 · 2 ) · 4 ) = ( 5 · ( 2 · 4 ) )
12 5t2e10 ( 5 · 2 ) = 1 0
13 12 oveq1i ( ( 5 · 2 ) · 4 ) = ( 1 0 · 4 )
14 9 11 13 3eqtr2i ( 5 · 8 ) = ( 1 0 · 4 )
15 cu2 ( 2 ↑ 3 ) = 8
16 15 eqcomi 8 = ( 2 ↑ 3 )
17 16 oveq2i ( 5 · 8 ) = ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) )
18 14 17 eqtr3i ( 1 0 · 4 ) = ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) )
19 18 oveq1i ( ( 1 0 · 4 ) + 1 ) = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 )
20 1 3 19 3eqtri 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 )
21 simpr ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) )
22 3nn 3 ∈ ℕ
23 22 a1i ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → 3 ∈ ℕ )
24 5nn 5 ∈ ℕ
25 24 a1i ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → 5 ∈ ℕ )
26 5lt8 5 < 8
27 26 15 breqtrri 5 < ( 2 ↑ 3 )
28 27 a1i ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → 5 < ( 2 ↑ 3 ) )
29 3z 3 ∈ ℤ
30 29 a1i ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) → 3 ∈ ℤ )
31 oveq1 ( 𝑥 = 3 → ( 𝑥 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) = ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) )
32 31 oveq1d ( 𝑥 = 3 → ( ( 𝑥 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) )
33 32 eqeq1d ( 𝑥 = 3 → ( ( ( 𝑥 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ↔ ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ) )
34 33 adantl ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑥 = 3 ) → ( ( ( 𝑥 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ↔ ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ) )
35 id ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) → ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) )
36 30 34 35 rspcedvd ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ( ( 𝑥 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) )
37 36 adantr ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ( ( 𝑥 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) )
38 23 25 21 28 37 proththd ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → 𝑃 ∈ ℙ )
39 21 38 jca ( ( ( ( 3 ↑ ( ( 𝑃 − 1 ) / 2 ) ) mod 𝑃 ) = ( - 1 mod 𝑃 ) ∧ 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ) → ( 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ∧ 𝑃 ∈ ℙ ) )
40 2 20 39 mp2an ( 𝑃 = ( ( 5 · ( 2 ↑ 3 ) ) + 1 ) ∧ 𝑃 ∈ ℙ )