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Theorem pcadd

Description: An inequality for the prime count of a sum. This is the source of the ultrametric inequality for the p-adic metric. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses pcadd.1 φ P
pcadd.2 φ A
pcadd.3 φ B
pcadd.4 φ P pCnt A P pCnt B
Assertion pcadd φ P pCnt A P pCnt A + B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pcadd.1 φ P
2 pcadd.2 φ A
3 pcadd.3 φ B
4 pcadd.4 φ P pCnt A P pCnt B
5 elq A x y A = x y
6 2 5 sylib φ x y A = x y
7 elq B z w B = z w
8 3 7 sylib φ z w B = z w
9 pcxcl P A P pCnt A *
10 1 2 9 syl2anc φ P pCnt A *
11 10 xrleidd φ P pCnt A P pCnt A
12 11 adantr φ B = 0 P pCnt A P pCnt A
13 oveq2 B = 0 A + B = A + 0
14 qcn A A
15 2 14 syl φ A
16 15 addid1d φ A + 0 = A
17 13 16 sylan9eqr φ B = 0 A + B = A
18 17 oveq2d φ B = 0 P pCnt A + B = P pCnt A
19 12 18 breqtrrd φ B = 0 P pCnt A P pCnt A + B
20 19 a1d φ B = 0 x y A = x y z w B = z w P pCnt A P pCnt A + B
21 reeanv x z y A = x y w B = z w x y A = x y z w B = z w
22 reeanv y w A = x y B = z w y A = x y w B = z w
23 1 ad3antrrr φ B 0 x z y w A = x y B = z w P
24 prmnn P P
25 23 24 syl φ B 0 x z y w A = x y B = z w P
26 simplrl φ B 0 x z y w A = x y B = z w x
27 simprrl φ B 0 x z y w A = x y B = z w A = x y
28 pc0 P P pCnt 0 = +∞
29 23 28 syl φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt 0 = +∞
30 3 ad3antrrr φ B 0 x z y w A = x y B = z w B
31 simpllr φ B 0 x z y w A = x y B = z w B 0
32 pcqcl P B B 0 P pCnt B
33 23 30 31 32 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt B
34 33 zred φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt B
35 ltpnf P pCnt B P pCnt B < +∞
36 rexr P pCnt B P pCnt B *
37 pnfxr +∞ *
38 xrltnle P pCnt B * +∞ * P pCnt B < +∞ ¬ +∞ P pCnt B
39 36 37 38 sylancl P pCnt B P pCnt B < +∞ ¬ +∞ P pCnt B
40 35 39 mpbid P pCnt B ¬ +∞ P pCnt B
41 34 40 syl φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ +∞ P pCnt B
42 29 41 eqnbrtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ P pCnt 0 P pCnt B
43 4 ad3antrrr φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A P pCnt B
44 oveq2 A = 0 P pCnt A = P pCnt 0
45 44 breq1d A = 0 P pCnt A P pCnt B P pCnt 0 P pCnt B
46 43 45 syl5ibcom φ B 0 x z y w A = x y B = z w A = 0 P pCnt 0 P pCnt B
47 46 necon3bd φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ P pCnt 0 P pCnt B A 0
48 42 47 mpd φ B 0 x z y w A = x y B = z w A 0
49 27 48 eqnetrrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w x y 0
50 simprll φ B 0 x z y w A = x y B = z w y
51 50 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w y
52 50 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w y 0
53 51 52 div0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 y = 0
54 oveq1 x = 0 x y = 0 y
55 54 eqeq1d x = 0 x y = 0 0 y = 0
56 53 55 syl5ibrcom φ B 0 x z y w A = x y B = z w x = 0 x y = 0
57 56 necon3d φ B 0 x z y w A = x y B = z w x y 0 x 0
58 49 57 mpd φ B 0 x z y w A = x y B = z w x 0
59 pczcl P x x 0 P pCnt x 0
60 23 26 58 59 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt x 0
61 25 60 nnexpcld φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x
62 61 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x
63 62 51 mulcomd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x y = y P P pCnt x
64 63 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w x P P pCnt y P P pCnt x y = x P P pCnt y y P P pCnt x
65 26 zcnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w x
66 23 50 pccld φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt y 0
67 25 66 nnexpcld φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y
68 67 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y
69 61 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x 0
70 67 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y 0
71 65 62 51 68 69 70 52 divdivdivd φ B 0 x z y w A = x y B = z w x P P pCnt x y P P pCnt y = x P P pCnt y P P pCnt x y
72 27 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A = P pCnt x y
73 pcdiv P x x 0 y P pCnt x y = P pCnt x P pCnt y
74 23 26 58 50 73 syl121anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt x y = P pCnt x P pCnt y
75 72 74 eqtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A = P pCnt x P pCnt y
76 75 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt A = P P pCnt x P pCnt y
77 25 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P
78 25 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P 0
79 66 nn0zd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt y
80 60 nn0zd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt x
81 77 78 79 80 expsubd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x P pCnt y = P P pCnt x P P pCnt y
82 76 81 eqtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt A = P P pCnt x P P pCnt y
83 82 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w A P P pCnt A = A P P pCnt x P P pCnt y
84 27 oveq1d φ B 0 x z y w A = x y B = z w A P P pCnt x P P pCnt y = x y P P pCnt x P P pCnt y
85 65 51 62 68 52 70 69 divdivdivd φ B 0 x z y w A = x y B = z w x y P P pCnt x P P pCnt y = x P P pCnt y y P P pCnt x
86 83 84 85 3eqtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w A P P pCnt A = x P P pCnt y y P P pCnt x
87 64 71 86 3eqtr4d φ B 0 x z y w A = x y B = z w x P P pCnt x y P P pCnt y = A P P pCnt A
88 87 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt A x P P pCnt x y P P pCnt y = P P pCnt A A P P pCnt A
89 2 ad3antrrr φ B 0 x z y w A = x y B = z w A
90 89 14 syl φ B 0 x z y w A = x y B = z w A
91 pcqcl P A A 0 P pCnt A
92 23 89 48 91 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A
93 77 78 92 expclzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt A
94 77 78 92 expne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt A 0
95 90 93 94 divcan2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt A A P P pCnt A = A
96 88 95 eqtr2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w A = P P pCnt A x P P pCnt x y P P pCnt y
97 simplrr φ B 0 x z y w A = x y B = z w z
98 simprrr φ B 0 x z y w A = x y B = z w B = z w
99 98 31 eqnetrrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w z w 0
100 simprlr φ B 0 x z y w A = x y B = z w w
101 100 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w w
102 100 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w w 0
103 101 102 div0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 w = 0
104 oveq1 z = 0 z w = 0 w
105 104 eqeq1d z = 0 z w = 0 0 w = 0
106 103 105 syl5ibrcom φ B 0 x z y w A = x y B = z w z = 0 z w = 0
107 106 necon3d φ B 0 x z y w A = x y B = z w z w 0 z 0
108 99 107 mpd φ B 0 x z y w A = x y B = z w z 0
109 pczcl P z z 0 P pCnt z 0
110 23 97 108 109 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt z 0
111 25 110 nnexpcld φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z
112 111 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z
113 112 101 mulcomd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z w = w P P pCnt z
114 113 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w z P P pCnt w P P pCnt z w = z P P pCnt w w P P pCnt z
115 97 zcnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w z
116 23 100 pccld φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt w 0
117 25 116 nnexpcld φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w
118 117 nncnd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w
119 111 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z 0
120 117 nnne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w 0
121 115 112 101 118 119 120 102 divdivdivd φ B 0 x z y w A = x y B = z w z P P pCnt z w P P pCnt w = z P P pCnt w P P pCnt z w
122 98 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt B = P pCnt z w
123 pcdiv P z z 0 w P pCnt z w = P pCnt z P pCnt w
124 23 97 108 100 123 syl121anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt z w = P pCnt z P pCnt w
125 122 124 eqtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt B = P pCnt z P pCnt w
126 125 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt B = P P pCnt z P pCnt w
127 116 nn0zd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt w
128 110 nn0zd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt z
129 77 78 127 128 expsubd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z P pCnt w = P P pCnt z P P pCnt w
130 126 129 eqtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt B = P P pCnt z P P pCnt w
131 130 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w B P P pCnt B = B P P pCnt z P P pCnt w
132 98 oveq1d φ B 0 x z y w A = x y B = z w B P P pCnt z P P pCnt w = z w P P pCnt z P P pCnt w
133 115 101 112 118 102 120 119 divdivdivd φ B 0 x z y w A = x y B = z w z w P P pCnt z P P pCnt w = z P P pCnt w w P P pCnt z
134 131 132 133 3eqtrd φ B 0 x z y w A = x y B = z w B P P pCnt B = z P P pCnt w w P P pCnt z
135 114 121 134 3eqtr4d φ B 0 x z y w A = x y B = z w z P P pCnt z w P P pCnt w = B P P pCnt B
136 135 oveq2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt B z P P pCnt z w P P pCnt w = P P pCnt B B P P pCnt B
137 qcn B B
138 30 137 syl φ B 0 x z y w A = x y B = z w B
139 77 78 33 expclzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt B
140 77 78 33 expne0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt B 0
141 138 139 140 divcan2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt B B P P pCnt B = B
142 136 141 eqtr2d φ B 0 x z y w A = x y B = z w B = P P pCnt B z P P pCnt z w P P pCnt w
143 eluz P pCnt A P pCnt B P pCnt B P pCnt A P pCnt A P pCnt B
144 92 33 143 syl2anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt B P pCnt A P pCnt A P pCnt B
145 43 144 mpbird φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt B P pCnt A
146 pczdvds P x x 0 P P pCnt x x
147 23 26 58 146 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x x
148 61 nnzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x
149 dvdsval2 P P pCnt x P P pCnt x 0 x P P pCnt x x x P P pCnt x
150 148 69 26 149 syl3anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt x x x P P pCnt x
151 147 150 mpbid φ B 0 x z y w A = x y B = z w x P P pCnt x
152 pczndvds2 P x x 0 ¬ P x P P pCnt x
153 23 26 58 152 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ P x P P pCnt x
154 151 153 jca φ B 0 x z y w A = x y B = z w x P P pCnt x ¬ P x P P pCnt x
155 pcdvds P y P P pCnt y y
156 23 50 155 syl2anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y y
157 67 nnzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y
158 50 nnzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w y
159 dvdsval2 P P pCnt y P P pCnt y 0 y P P pCnt y y y P P pCnt y
160 157 70 158 159 syl3anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y y y P P pCnt y
161 156 160 mpbid φ B 0 x z y w A = x y B = z w y P P pCnt y
162 50 nnred φ B 0 x z y w A = x y B = z w y
163 67 nnred φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt y
164 50 nngt0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 < y
165 67 nngt0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 < P P pCnt y
166 162 163 164 165 divgt0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 < y P P pCnt y
167 elnnz y P P pCnt y y P P pCnt y 0 < y P P pCnt y
168 161 166 167 sylanbrc φ B 0 x z y w A = x y B = z w y P P pCnt y
169 pcndvds2 P y ¬ P y P P pCnt y
170 23 50 169 syl2anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ P y P P pCnt y
171 168 170 jca φ B 0 x z y w A = x y B = z w y P P pCnt y ¬ P y P P pCnt y
172 pczdvds P z z 0 P P pCnt z z
173 23 97 108 172 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z z
174 111 nnzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z
175 dvdsval2 P P pCnt z P P pCnt z 0 z P P pCnt z z z P P pCnt z
176 174 119 97 175 syl3anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt z z z P P pCnt z
177 173 176 mpbid φ B 0 x z y w A = x y B = z w z P P pCnt z
178 pczndvds2 P z z 0 ¬ P z P P pCnt z
179 23 97 108 178 syl12anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ P z P P pCnt z
180 177 179 jca φ B 0 x z y w A = x y B = z w z P P pCnt z ¬ P z P P pCnt z
181 pcdvds P w P P pCnt w w
182 23 100 181 syl2anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w w
183 117 nnzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w
184 100 nnzd φ B 0 x z y w A = x y B = z w w
185 dvdsval2 P P pCnt w P P pCnt w 0 w P P pCnt w w w P P pCnt w
186 183 120 184 185 syl3anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w w w P P pCnt w
187 182 186 mpbid φ B 0 x z y w A = x y B = z w w P P pCnt w
188 100 nnred φ B 0 x z y w A = x y B = z w w
189 117 nnred φ B 0 x z y w A = x y B = z w P P pCnt w
190 100 nngt0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 < w
191 117 nngt0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 < P P pCnt w
192 188 189 190 191 divgt0d φ B 0 x z y w A = x y B = z w 0 < w P P pCnt w
193 elnnz w P P pCnt w w P P pCnt w 0 < w P P pCnt w
194 187 192 193 sylanbrc φ B 0 x z y w A = x y B = z w w P P pCnt w
195 pcndvds2 P w ¬ P w P P pCnt w
196 23 100 195 syl2anc φ B 0 x z y w A = x y B = z w ¬ P w P P pCnt w
197 194 196 jca φ B 0 x z y w A = x y B = z w w P P pCnt w ¬ P w P P pCnt w
198 23 96 142 145 154 171 180 197 pcaddlem φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A P pCnt A + B
199 198 expr φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A P pCnt A + B
200 199 rexlimdvva φ B 0 x z y w A = x y B = z w P pCnt A P pCnt A + B
201 22 200 syl5bir φ B 0 x z y A = x y w B = z w P pCnt A P pCnt A + B
202 201 rexlimdvva φ B 0 x z y A = x y w B = z w P pCnt A P pCnt A + B
203 21 202 syl5bir φ B 0 x y A = x y z w B = z w P pCnt A P pCnt A + B
204 20 203 pm2.61dane φ x y A = x y z w B = z w P pCnt A P pCnt A + B
205 6 8 204 mp2and φ P pCnt A P pCnt A + B