Metamath Proof Explorer


Theorem lcmineqlem15

Description: F times the least common multiple of 1 to n is a natural number. (Contributed by metakunt, 10-May-2024)

Ref Expression
Hypotheses lcmineqlem15.1 โŠข ๐น = โˆซ ( 0 [,] 1 ) ( ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘€ โˆ’ 1 ) ) ยท ( ( 1 โˆ’ ๐‘ฅ ) โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘€ ) ) ) d ๐‘ฅ
lcmineqlem15.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
lcmineqlem15.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
lcmineqlem15.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โ‰ค ๐‘ )
Assertion lcmineqlem15 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) โˆˆ โ„• )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcmineqlem15.1 โŠข ๐น = โˆซ ( 0 [,] 1 ) ( ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘€ โˆ’ 1 ) ) ยท ( ( 1 โˆ’ ๐‘ฅ ) โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘€ ) ) ) d ๐‘ฅ
2 lcmineqlem15.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
3 lcmineqlem15.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
4 lcmineqlem15.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โ‰ค ๐‘ )
5 1 2 3 4 lcmineqlem6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) โˆˆ โ„ค )
6 fz1ssnn โŠข ( 1 ... ๐‘ ) โŠ† โ„•
7 fzfi โŠข ( 1 ... ๐‘ ) โˆˆ Fin
8 lcmfnncl โŠข ( ( ( 1 ... ๐‘ ) โŠ† โ„• โˆง ( 1 ... ๐‘ ) โˆˆ Fin ) โ†’ ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) โˆˆ โ„• )
9 6 7 8 mp2an โŠข ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) โˆˆ โ„•
10 9 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) โˆˆ โ„• )
11 10 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ )
12 1 3 2 4 lcmineqlem13 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( 1 / ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) ) )
13 1red โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
14 3 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
15 2 14 4 bccl2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ C ๐‘€ ) โˆˆ โ„• )
16 3 15 nnmulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„• )
17 16 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„ )
18 16 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) โ‰  0 )
19 13 17 18 redivcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) ) โˆˆ โ„ )
20 12 19 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ โ„ )
21 10 nngt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) )
22 nnrecgt0 โŠข ( ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) โˆˆ โ„• โ†’ 0 < ( 1 / ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) ) )
23 16 22 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( 1 / ( ๐‘€ ยท ( ๐‘ C ๐‘€ ) ) ) )
24 23 12 breqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ๐น )
25 11 20 21 24 mulgt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) )
26 elnnz โŠข ( ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) โˆˆ โ„• โ†” ( ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) โˆˆ โ„ค โˆง 0 < ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) ) )
27 5 25 26 sylanbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( lcm โ€˜ ( 1 ... ๐‘ ) ) ยท ๐น ) โˆˆ โ„• )