Metamath Proof Explorer


Theorem pcmptdvds

Description: The partial products of the prime power map form a divisibility chain. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Mar-2014)

Ref Expression
Hypotheses pcmpt.1 โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ if ( ๐‘› โˆˆ โ„™ , ( ๐‘› โ†‘ ๐ด ) , 1 ) )
pcmpt.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘› โˆˆ โ„™ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
pcmpt.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
pcmptdvds.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) )
Assertion pcmptdvds ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆฅ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pcmpt.1 โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ if ( ๐‘› โˆˆ โ„™ , ( ๐‘› โ†‘ ๐ด ) , 1 ) )
2 pcmpt.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘› โˆˆ โ„™ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
3 pcmpt.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
4 pcmptdvds.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) )
5 nfv โŠข โ„ฒ ๐‘š ๐ด โˆˆ โ„•0
6 nfcsb1v โŠข โ„ฒ ๐‘› โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด
7 6 nfel1 โŠข โ„ฒ ๐‘› โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0
8 csbeq1a โŠข ( ๐‘› = ๐‘š โ†’ ๐ด = โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด )
9 8 eleq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘š โ†’ ( ๐ด โˆˆ โ„•0 โ†” โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 ) )
10 5 7 9 cbvralw โŠข ( โˆ€ ๐‘› โˆˆ โ„™ ๐ด โˆˆ โ„•0 โ†” โˆ€ ๐‘š โˆˆ โ„™ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
11 2 10 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘š โˆˆ โ„™ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
12 csbeq1 โŠข ( ๐‘š = ๐‘ โ†’ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด = โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด )
13 12 eleq1d โŠข ( ๐‘š = ๐‘ โ†’ ( โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 โ†” โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 ) )
14 13 rspcv โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„™ โ†’ ( โˆ€ ๐‘š โˆˆ โ„™ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 ) )
15 11 14 mpan9 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
16 15 nn0ge0d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ 0 โ‰ค โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด )
17 0le0 โŠข 0 โ‰ค 0
18 breq2 โŠข ( โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด = if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) โ†’ ( 0 โ‰ค โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด โ†” 0 โ‰ค if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) ) )
19 breq2 โŠข ( 0 = if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) โ†’ ( 0 โ‰ค 0 โ†” 0 โ‰ค if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) ) )
20 18 19 ifboth โŠข ( ( 0 โ‰ค โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆง 0 โ‰ค 0 ) โ†’ 0 โ‰ค if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) )
21 16 17 20 sylancl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ 0 โ‰ค if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) )
22 nfcv โŠข โ„ฒ ๐‘š if ( ๐‘› โˆˆ โ„™ , ( ๐‘› โ†‘ ๐ด ) , 1 )
23 nfv โŠข โ„ฒ ๐‘› ๐‘š โˆˆ โ„™
24 nfcv โŠข โ„ฒ ๐‘› ๐‘š
25 nfcv โŠข โ„ฒ ๐‘› โ†‘
26 24 25 6 nfov โŠข โ„ฒ ๐‘› ( ๐‘š โ†‘ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด )
27 nfcv โŠข โ„ฒ ๐‘› 1
28 23 26 27 nfif โŠข โ„ฒ ๐‘› if ( ๐‘š โˆˆ โ„™ , ( ๐‘š โ†‘ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด ) , 1 )
29 eleq1w โŠข ( ๐‘› = ๐‘š โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„™ โ†” ๐‘š โˆˆ โ„™ ) )
30 id โŠข ( ๐‘› = ๐‘š โ†’ ๐‘› = ๐‘š )
31 30 8 oveq12d โŠข ( ๐‘› = ๐‘š โ†’ ( ๐‘› โ†‘ ๐ด ) = ( ๐‘š โ†‘ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด ) )
32 29 31 ifbieq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘š โ†’ if ( ๐‘› โˆˆ โ„™ , ( ๐‘› โ†‘ ๐ด ) , 1 ) = if ( ๐‘š โˆˆ โ„™ , ( ๐‘š โ†‘ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด ) , 1 ) )
33 22 28 32 cbvmpt โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ if ( ๐‘› โˆˆ โ„™ , ( ๐‘› โ†‘ ๐ด ) , 1 ) ) = ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†ฆ if ( ๐‘š โˆˆ โ„™ , ( ๐‘š โ†‘ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด ) , 1 ) )
34 1 33 eqtri โŠข ๐น = ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†ฆ if ( ๐‘š โˆˆ โ„™ , ( ๐‘š โ†‘ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด ) , 1 ) )
35 11 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ โˆ€ ๐‘š โˆˆ โ„™ โฆ‹ ๐‘š / ๐‘› โฆŒ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
36 3 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
37 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„™ )
38 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) )
39 34 35 36 37 12 38 pcmpt2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ๐‘ pCnt ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ) = if ( ( ๐‘ โ‰ค ๐‘€ โˆง ยฌ ๐‘ โ‰ค ๐‘ ) , โฆ‹ ๐‘ / ๐‘› โฆŒ ๐ด , 0 ) )
40 21 39 breqtrrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘ pCnt ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ) )
41 40 ralrimiva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ โˆˆ โ„™ 0 โ‰ค ( ๐‘ pCnt ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ) )
42 1 2 pcmptcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น : โ„• โŸถ โ„• โˆง seq 1 ( ยท , ๐น ) : โ„• โŸถ โ„• ) )
43 42 simprd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( ยท , ๐น ) : โ„• โŸถ โ„• )
44 eluznn โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
45 3 4 44 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
46 43 45 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„• )
47 46 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ค )
48 43 3 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„• )
49 znq โŠข ( ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ค โˆง ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„š )
50 47 48 49 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„š )
51 pcz โŠข ( ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„š โ†’ ( ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ค โ†” โˆ€ ๐‘ โˆˆ โ„™ 0 โ‰ค ( ๐‘ pCnt ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ) ) )
52 50 51 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ค โ†” โˆ€ ๐‘ โˆˆ โ„™ 0 โ‰ค ( ๐‘ pCnt ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ) ) )
53 41 52 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ค )
54 48 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค )
55 48 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 )
56 dvdsval2 โŠข ( ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค โˆง ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 โˆง ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆฅ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) โ†” ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ค ) )
57 54 55 47 56 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆฅ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) โ†” ( ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) / ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ค ) )
58 53 57 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆฅ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘€ ) )