Metamath Proof Explorer


Theorem pceulem

Description: Lemma for pceu . (Contributed by Mario Carneiro, 23-Feb-2014)

Ref Expression
Hypotheses pcval.1 โŠข ๐‘† = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฅ } , โ„ , < )
pcval.2 โŠข ๐‘‡ = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฆ } , โ„ , < )
pceu.3 โŠข ๐‘ˆ = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘  } , โ„ , < )
pceu.4 โŠข ๐‘‰ = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ก } , โ„ , < )
pceu.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ )
pceu.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โ‰  0 )
pceu.7 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„• ) )
pceu.8 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ = ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) )
pceu.9 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘  โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ก โˆˆ โ„• ) )
pceu.10 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ = ( ๐‘  / ๐‘ก ) )
Assertion pceulem ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘† โˆ’ ๐‘‡ ) = ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pcval.1 โŠข ๐‘† = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฅ } , โ„ , < )
2 pcval.2 โŠข ๐‘‡ = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฆ } , โ„ , < )
3 pceu.3 โŠข ๐‘ˆ = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘  } , โ„ , < )
4 pceu.4 โŠข ๐‘‰ = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ก } , โ„ , < )
5 pceu.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ )
6 pceu.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โ‰  0 )
7 pceu.7 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„• ) )
8 pceu.8 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ = ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) )
9 pceu.9 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘  โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ก โˆˆ โ„• ) )
10 pceu.10 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ = ( ๐‘  / ๐‘ก ) )
11 7 simprd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„• )
12 11 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ )
13 9 simpld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„ค )
14 13 zcnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„‚ )
15 12 14 mulcomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) = ( ๐‘  ยท ๐‘ฆ ) )
16 10 8 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘  / ๐‘ก ) = ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) )
17 9 simprd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โˆˆ โ„• )
18 17 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โˆˆ โ„‚ )
19 7 simpld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค )
20 19 zcnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ )
21 17 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โ‰  0 )
22 11 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฆ โ‰  0 )
23 14 18 20 12 21 22 divmuleqd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘  / ๐‘ก ) = ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) โ†” ( ๐‘  ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) ) )
24 16 23 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘  ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) )
25 15 24 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) )
26 25 breq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) โ†” ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) ) )
27 26 rabbidv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘ง โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } = { ๐‘ง โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } )
28 oveq2 โŠข ( ๐‘› = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) )
29 28 breq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) โ†” ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) ) )
30 29 cbvrabv โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } = { ๐‘ง โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) }
31 28 breq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) โ†” ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) ) )
32 31 cbvrabv โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } = { ๐‘ง โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ง ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) }
33 27 30 32 3eqtr4g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } = { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } )
34 33 supeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } , โ„ , < ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } , โ„ , < ) )
35 11 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค )
36 18 21 div0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 / ๐‘ก ) = 0 )
37 oveq1 โŠข ( ๐‘  = 0 โ†’ ( ๐‘  / ๐‘ก ) = ( 0 / ๐‘ก ) )
38 37 eqeq1d โŠข ( ๐‘  = 0 โ†’ ( ( ๐‘  / ๐‘ก ) = 0 โ†” ( 0 / ๐‘ก ) = 0 ) )
39 36 38 syl5ibrcom โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘  = 0 โ†’ ( ๐‘  / ๐‘ก ) = 0 ) )
40 10 eqeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ = 0 โ†” ( ๐‘  / ๐‘ก ) = 0 ) )
41 39 40 sylibrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘  = 0 โ†’ ๐‘ = 0 ) )
42 41 necon3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ‰  0 โ†’ ๐‘  โ‰  0 ) )
43 6 42 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘  โ‰  0 )
44 eqid โŠข sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } , โ„ , < ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } , โ„ , < )
45 2 3 44 pcpremul โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘  โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘‡ + ๐‘ˆ ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } , โ„ , < ) )
46 5 35 22 13 43 45 syl122anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ + ๐‘ˆ ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฆ ยท ๐‘  ) } , โ„ , < ) )
47 12 22 div0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 / ๐‘ฆ ) = 0 )
48 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) = ( 0 / ๐‘ฆ ) )
49 48 eqeq1d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) = 0 โ†” ( 0 / ๐‘ฆ ) = 0 ) )
50 47 49 syl5ibrcom โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) = 0 ) )
51 8 eqeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ = 0 โ†” ( ๐‘ฅ / ๐‘ฆ ) = 0 ) )
52 50 51 sylibrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ๐‘ = 0 ) )
53 52 necon3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ‰  0 โ†’ ๐‘ฅ โ‰  0 ) )
54 6 53 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฅ โ‰  0 )
55 17 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โˆˆ โ„ค )
56 eqid โŠข sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } , โ„ , < ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } , โ„ , < )
57 1 4 56 pcpremul โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ก โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ก โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘† + ๐‘‰ ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } , โ„ , < ) )
58 5 19 54 55 21 57 syl122anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘† + ๐‘‰ ) = sup ( { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ก ) } , โ„ , < ) )
59 34 46 58 3eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ + ๐‘ˆ ) = ( ๐‘† + ๐‘‰ ) )
60 prmuz2 โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) )
61 5 60 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) )
62 eqid โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฆ } = { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฆ }
63 62 2 pcprecl โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘‡ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘‡ ) โˆฅ ๐‘ฆ ) )
64 63 simpld โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ โ„•0 )
65 61 35 22 64 syl12anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ โ„•0 )
66 65 nn0cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ โ„‚ )
67 eqid โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘  } = { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘  }
68 67 3 pcprecl โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘  โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ˆ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘ˆ ) โˆฅ ๐‘  ) )
69 68 simpld โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘  โ‰  0 ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ โ„•0 )
70 61 13 43 69 syl12anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ โ„•0 )
71 70 nn0cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ โ„‚ )
72 eqid โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฅ } = { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ฅ }
73 72 1 pcprecl โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘† โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘† ) โˆฅ ๐‘ฅ ) )
74 73 simpld โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ๐‘† โˆˆ โ„•0 )
75 61 19 54 74 syl12anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ โ„•0 )
76 75 nn0cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ โ„‚ )
77 eqid โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ก } = { ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆฃ ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘› ) โˆฅ ๐‘ก }
78 77 4 pcprecl โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘ก โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ก โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘‰ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ƒ โ†‘ ๐‘‰ ) โˆฅ ๐‘ก ) )
79 78 simpld โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ( ๐‘ก โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ก โ‰  0 ) ) โ†’ ๐‘‰ โˆˆ โ„•0 )
80 61 55 21 79 syl12anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โˆˆ โ„•0 )
81 80 nn0cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โˆˆ โ„‚ )
82 66 71 76 81 addsubeq4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘‡ + ๐‘ˆ ) = ( ๐‘† + ๐‘‰ ) โ†” ( ๐‘† โˆ’ ๐‘‡ ) = ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) ) )
83 59 82 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘† โˆ’ ๐‘‡ ) = ( ๐‘ˆ โˆ’ ๐‘‰ ) )