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Theorem dirith2

Description: Dirichlet's theorem: there are infinitely many primes in any arithmetic progression coprime to N . Theorem 9.4.1 of Shapiro, p. 375. (Contributed by Mario Carneiro, 30-Apr-2016) (Proof shortened by Mario Carneiro, 26-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses rpvmasum.z Z = /N
rpvmasum.l L = ℤRHom Z
rpvmasum.a φ N
rpvmasum.u U = Unit Z
rpvmasum.b φ A U
rpvmasum.t T = L -1 A
Assertion dirith2 φ T

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rpvmasum.z Z = /N
2 rpvmasum.l L = ℤRHom Z
3 rpvmasum.a φ N
4 rpvmasum.u U = Unit Z
5 rpvmasum.b φ A U
6 rpvmasum.t T = L -1 A
7 nnex V
8 inss1 T
9 prmssnn
10 8 9 sstri T
11 ssdomg V T T
12 7 10 11 mp2 T
13 12 a1i φ T
14 logno1 ¬ x + log x 𝑂1
15 3 adantr φ T Fin N
16 15 phicld φ T Fin ϕ N
17 16 nnred φ T Fin ϕ N
18 17 adantr φ T Fin x + ϕ N
19 simpr φ T Fin T Fin
20 inss2 1 x T T
21 ssfi T Fin 1 x T T 1 x T Fin
22 19 20 21 sylancl φ T Fin 1 x T Fin
23 elinel2 n 1 x T n T
24 simpr φ T Fin n T n T
25 10 24 sselid φ T Fin n T n
26 25 nnrpd φ T Fin n T n +
27 relogcl n + log n
28 26 27 syl φ T Fin n T log n
29 28 25 nndivred φ T Fin n T log n n
30 23 29 sylan2 φ T Fin n 1 x T log n n
31 22 30 fsumrecl φ T Fin n 1 x T log n n
32 31 adantr φ T Fin x + n 1 x T log n n
33 rpssre +
34 17 recnd φ T Fin ϕ N
35 o1const + ϕ N x + ϕ N 𝑂1
36 33 34 35 sylancr φ T Fin x + ϕ N 𝑂1
37 33 a1i φ T Fin +
38 1red φ T Fin 1
39 19 29 fsumrecl φ T Fin n T log n n
40 log1 log 1 = 0
41 25 nnge1d φ T Fin n T 1 n
42 1rp 1 +
43 logleb 1 + n + 1 n log 1 log n
44 42 26 43 sylancr φ T Fin n T 1 n log 1 log n
45 41 44 mpbid φ T Fin n T log 1 log n
46 40 45 eqbrtrrid φ T Fin n T 0 log n
47 28 26 46 divge0d φ T Fin n T 0 log n n
48 20 a1i φ T Fin 1 x T T
49 19 29 47 48 fsumless φ T Fin n 1 x T log n n n T log n n
50 49 adantr φ T Fin x + 1 x n 1 x T log n n n T log n n
51 37 32 38 39 50 ello1d φ T Fin x + n 1 x T log n n 𝑂1
52 0red φ T Fin 0
53 23 47 sylan2 φ T Fin n 1 x T 0 log n n
54 22 30 53 fsumge0 φ T Fin 0 n 1 x T log n n
55 54 adantr φ T Fin x + 0 n 1 x T log n n
56 32 52 55 o1lo12 φ T Fin x + n 1 x T log n n 𝑂1 x + n 1 x T log n n 𝑂1
57 51 56 mpbird φ T Fin x + n 1 x T log n n 𝑂1
58 18 32 36 57 o1mul2 φ T Fin x + ϕ N n 1 x T log n n 𝑂1
59 17 31 remulcld φ T Fin ϕ N n 1 x T log n n
60 59 recnd φ T Fin ϕ N n 1 x T log n n
61 60 adantr φ T Fin x + ϕ N n 1 x T log n n
62 relogcl x + log x
63 62 adantl φ T Fin x + log x
64 63 recnd φ T Fin x + log x
65 1 2 3 4 5 6 rplogsum φ x + ϕ N n 1 x T log n n log x 𝑂1
66 65 adantr φ T Fin x + ϕ N n 1 x T log n n log x 𝑂1
67 61 64 66 o1dif φ T Fin x + ϕ N n 1 x T log n n 𝑂1 x + log x 𝑂1
68 58 67 mpbid φ T Fin x + log x 𝑂1
69 68 ex φ T Fin x + log x 𝑂1
70 14 69 mtoi φ ¬ T Fin
71 nnenom ω
72 sdomentr T ω T ω
73 71 72 mpan2 T T ω
74 isfinite2 T ω T Fin
75 73 74 syl T T Fin
76 70 75 nsyl φ ¬ T
77 bren2 T T ¬ T
78 13 76 77 sylanbrc φ T