Metamath Proof Explorer


Theorem perfect1

Description: Euclid's contribution to the Euclid-Euler theorem. A number of the form 2 ^ ( p - 1 ) x. ( 2 ^ p - 1 ) is a perfect number. (Contributed by Mario Carneiro, 17-May-2016)

Ref Expression
Assertion perfect1 ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 ⁢ 2 P − 1 = 2 P ⁢ 2 P − 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mersenne ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → P ∈ ℙ
2 prmnn ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℕ
3 1 2 syl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → P ∈ ℕ
4 1sgm2ppw ⊢ P ∈ ℕ → 1 σ 2 P − 1 = 2 P − 1
5 3 4 syl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 = 2 P − 1
6 1sgmprm ⊢ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 = 2 P - 1 + 1
7 6 adantl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 = 2 P - 1 + 1
8 2nn ⊢ 2 ∈ ℕ
9 3 nnnn0d ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → P ∈ ℕ 0
10 nnexpcl ⊢ 2 ∈ ℕ ∧ P ∈ ℕ 0 → 2 P ∈ ℕ
11 8 9 10 sylancr ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P ∈ ℕ
12 11 nncnd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P ∈ ℂ
13 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
14 npcan ⊢ 2 P ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → 2 P - 1 + 1 = 2 P
15 12 13 14 sylancl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P - 1 + 1 = 2 P
16 7 15 eqtrd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 = 2 P
17 5 16 oveq12d ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 ⁢ 1 σ 2 P − 1 = 2 P − 1 ⁢ 2 P
18 13 a1i ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 ∈ ℂ
19 nnm1nn0 ⊢ P ∈ ℕ → P − 1 ∈ ℕ 0
20 3 19 syl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → P − 1 ∈ ℕ 0
21 nnexpcl ⊢ 2 ∈ ℕ ∧ P − 1 ∈ ℕ 0 → 2 P − 1 ∈ ℕ
22 8 20 21 sylancr ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℕ
23 prmnn ⊢ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℕ
24 23 adantl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℕ
25 22 nnzd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℤ
26 prmz ⊢ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℤ
27 26 adantl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℤ
28 25 27 gcdcomd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 gcd 2 P − 1 = 2 P − 1 gcd 2 P − 1
29 iddvds ⊢ 2 P − 1 ∈ ℤ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1
30 27 29 syl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1
31 prmuz2 ⊢ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℤ ≥ 2
32 31 adantl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℤ ≥ 2
33 eluz2gt1 ⊢ 2 P − 1 ∈ ℤ ≥ 2 → 1 < 2 P − 1
34 32 33 syl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 < 2 P − 1
35 ndvdsp1 ⊢ 2 P − 1 ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℕ ∧ 1 < 2 P − 1 → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 → ¬ 2 P − 1 ∥ 2 P - 1 + 1
36 27 24 34 35 syl3anc ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 → ¬ 2 P − 1 ∥ 2 P - 1 + 1
37 30 36 mpd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → ¬ 2 P − 1 ∥ 2 P - 1 + 1
38 2z ⊢ 2 ∈ ℤ
39 38 a1i ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 ∈ ℤ
40 dvdsmultr1 ⊢ 2 P − 1 ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 ⋅ 2
41 27 25 39 40 syl3anc ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 ⋅ 2
42 2cn ⊢ 2 ∈ ℂ
43 expm1t ⊢ 2 ∈ ℂ ∧ P ∈ ℕ → 2 P = 2 P − 1 ⋅ 2
44 42 3 43 sylancr ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P = 2 P − 1 ⋅ 2
45 15 44 eqtr2d ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ⋅ 2 = 2 P - 1 + 1
46 45 breq2d ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 ⋅ 2 ↔ 2 P − 1 ∥ 2 P - 1 + 1
47 41 46 sylibd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 → 2 P − 1 ∥ 2 P - 1 + 1
48 37 47 mtod ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → ¬ 2 P − 1 ∥ 2 P − 1
49 simpr ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℙ
50 coprm ⊢ 2 P − 1 ∈ ℙ ∧ 2 P − 1 ∈ ℤ → ¬ 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 ↔ 2 P − 1 gcd 2 P − 1 = 1
51 49 25 50 syl2anc ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → ¬ 2 P − 1 ∥ 2 P − 1 ↔ 2 P − 1 gcd 2 P − 1 = 1
52 48 51 mpbid ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 gcd 2 P − 1 = 1
53 28 52 eqtrd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 gcd 2 P − 1 = 1
54 sgmmul ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ 2 P − 1 ∈ ℕ ∧ 2 P − 1 ∈ ℕ ∧ 2 P − 1 gcd 2 P − 1 = 1 → 1 σ 2 P − 1 ⁢ 2 P − 1 = 1 σ 2 P − 1 ⁢ 1 σ 2 P − 1
55 18 22 24 53 54 syl13anc ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 ⁢ 2 P − 1 = 1 σ 2 P − 1 ⁢ 1 σ 2 P − 1
56 subcl ⊢ 2 P ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → 2 P − 1 ∈ ℂ
57 12 13 56 sylancl ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P − 1 ∈ ℂ
58 12 57 mulcomd ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 2 P ⁢ 2 P − 1 = 2 P − 1 ⁢ 2 P
59 17 55 58 3eqtr4d ⊢ P ∈ ℤ ∧ 2 P − 1 ∈ ℙ → 1 σ 2 P − 1 ⁢ 2 P − 1 = 2 P ⁢ 2 P − 1