Metamath Proof Explorer


Theorem exprmfct

Description: Every integer greater than or equal to 2 has a prime factor. (Contributed by Paul Chapman, 26-Oct-2012) (Proof shortened by Mario Carneiro, 20-Jun-2015)

Ref Expression
Assertion exprmfct ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eluz2nn โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
2 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = 1 โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†” 1 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) )
3 2 imbi1d โŠข ( ๐‘ฅ = 1 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) โ†” ( 1 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) ) )
4 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†” ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) )
5 breq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ ) )
6 5 rexbidv โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ ) )
7 4 6 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) โ†” ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ ) ) )
8 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†” ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) )
9 breq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” ๐‘ โˆฅ ๐‘ง ) )
10 9 rexbidv โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ง ) )
11 8 10 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) โ†” ( ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ง ) ) )
12 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†” ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) )
13 breq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
14 13 rexbidv โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
15 12 14 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) โ†” ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) ) )
16 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†” ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) )
17 breq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” ๐‘ โˆฅ ๐‘ ) )
18 17 rexbidv โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ ) )
19 16 18 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) โ†” ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ ) ) )
20 1m1e0 โŠข ( 1 โˆ’ 1 ) = 0
21 uz2m1nn โŠข ( 1 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( 1 โˆ’ 1 ) โˆˆ โ„• )
22 20 21 eqeltrrid โŠข ( 1 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ 0 โˆˆ โ„• )
23 0nnn โŠข ยฌ 0 โˆˆ โ„•
24 23 pm2.21i โŠข ( 0 โˆˆ โ„• โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ )
25 22 24 syl โŠข ( 1 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ )
26 prmz โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค )
27 iddvds โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘ฅ )
28 26 27 syl โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘ฅ )
29 breq1 โŠข ( ๐‘ = ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘ฅ ) )
30 29 rspcev โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„™ โˆง ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘ฅ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ )
31 28 30 mpdan โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„™ โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ )
32 31 a1d โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„™ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฅ ) )
33 simpl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) )
34 eluzelz โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค )
35 34 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค )
36 eluzelz โŠข ( ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ๐‘ง โˆˆ โ„ค )
37 36 ad2antlr โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ง โˆˆ โ„ค )
38 dvdsmul1 โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐‘ฆ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) )
39 35 37 38 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ฆ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) )
40 prmz โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
41 40 adantl โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
42 35 37 zmulcld โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค )
43 dvdstr โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โˆง ๐‘ฆ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) โ†’ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
44 41 35 42 43 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โˆง ๐‘ฆ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) โ†’ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
45 39 44 mpan2d โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
46 45 reximdva โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
47 33 46 embantd โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) )
48 47 a1dd โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) ) )
49 48 adantrd โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ฆ ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ง ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ) ) )
50 3 7 11 15 19 25 32 49 prmind โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ ) )
51 1 50 mpcom โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„™ ๐‘ โˆฅ ๐‘ )