ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  divalgmod GIF version

Theorem divalgmod 10534
Description: The result of the mod operator satisfies the requirements for the remainder 𝑅 in the division algorithm for a positive divisor (compare divalg2 10533 and divalgb 10532). This demonstration theorem justifies the use of mod to yield an explicit remainder from this point forward. (Contributed by Paul Chapman, 31-Mar-2011.) (Revised by AV, 21-Aug-2021.)
Assertion
Ref Expression
divalgmod ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ (𝑅 ∈ ℕ0 ∧ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅)))))

Proof of Theorem divalgmod
Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 zq 8844 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℚ)
21adantr 270 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℚ)
3 nnq 8851 . . . . . . . 8 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℚ)
43adantl 271 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℚ)
5 simpr 108 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℕ)
65nngt0d 8201 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 0 < 𝐷)
72, 4, 6modqcld 9462 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℚ)
8 snidg 3441 . . . . . 6 ((𝑁 mod 𝐷) ∈ ℚ → (𝑁 mod 𝐷) ∈ {(𝑁 mod 𝐷)})
97, 8syl 14 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ {(𝑁 mod 𝐷)})
10 eleq1 2145 . . . . 5 (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)} ↔ (𝑁 mod 𝐷) ∈ {(𝑁 mod 𝐷)}))
119, 10syl5ibrcom 155 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) → 𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)}))
12 elsni 3434 . . . 4 (𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)} → 𝑅 = (𝑁 mod 𝐷))
1311, 12impbid1 140 . . 3 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ 𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)}))
14 modqlt 9467 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝐷 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐷) → (𝑁 mod 𝐷) < 𝐷)
152, 4, 6, 14syl3anc 1170 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) < 𝐷)
16 znq 8842 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 / 𝐷) ∈ ℚ)
1716flqcld 9411 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℤ)
18 nnz 8503 . . . . . . . . . 10 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℤ)
1918adantl 271 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℤ)
20 zmodcl 9478 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℕ0)
2120nn0zd 8600 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℤ)
22 zsubcl 8525 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℤ) → (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)) ∈ ℤ)
2321, 22syldan 276 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)) ∈ ℤ)
24 nncn 8166 . . . . . . . . . . . 12 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℂ)
2524adantl 271 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℂ)
2617zcnd 8603 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℂ)
2725, 26mulcomd 7254 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) = ((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) · 𝐷))
28 modqval 9458 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℚ ∧ 𝐷 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐷) → (𝑁 mod 𝐷) = (𝑁 − (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷)))))
292, 4, 6, 28syl3anc 1170 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) = (𝑁 − (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷)))))
3020nn0cnd 8462 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℂ)
31 zmulcl 8537 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐷 ∈ ℤ ∧ (⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℤ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) ∈ ℤ)
3218, 17, 31syl2an2 559 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) ∈ ℤ)
3332zcnd 8603 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) ∈ ℂ)
34 zcn 8489 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
3534adantr 270 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
3630, 33, 35subexsub 7595 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → ((𝑁 mod 𝐷) = (𝑁 − (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷)))) ↔ (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))))
3729, 36mpbid 145 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
3827, 37eqtr3d 2117 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → ((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) · 𝐷) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
39 dvds0lem 10413 . . . . . . . . 9 ((((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℤ ∧ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)) ∈ ℤ) ∧ ((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) · 𝐷) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))) → 𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
4017, 19, 23, 38, 39syl31anc 1173 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
41 divalg2 10533 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → ∃!𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))
42 breq1 3808 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝑧 < 𝐷 ↔ (𝑁 mod 𝐷) < 𝐷))
43 oveq2 5571 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝑁𝑧) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
4443breq2d 3817 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝐷 ∥ (𝑁𝑧) ↔ 𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))))
4542, 44anbi12d 457 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → ((𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)) ↔ ((𝑁 mod 𝐷) < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))))
4645riota2 5541 . . . . . . . . 9 (((𝑁 mod 𝐷) ∈ ℕ0 ∧ ∃!𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) → (((𝑁 mod 𝐷) < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))) ↔ (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) = (𝑁 mod 𝐷)))
4720, 41, 46syl2anc 403 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (((𝑁 mod 𝐷) < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))) ↔ (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) = (𝑁 mod 𝐷)))
4815, 40, 47mpbi2and 885 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) = (𝑁 mod 𝐷))
4948eqcomd 2088 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) = (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))))
5049sneqd 3429 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → {(𝑁 mod 𝐷)} = {(𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))})
51 snriota 5548 . . . . . 6 (∃!𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)) → {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))} = {(𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))})
5241, 51syl 14 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))} = {(𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))})
5350, 52eqtr4d 2118 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → {(𝑁 mod 𝐷)} = {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))})
5453eleq2d 2152 . . 3 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)} ↔ 𝑅 ∈ {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))}))
5513, 54bitrd 186 . 2 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ 𝑅 ∈ {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))}))
56 breq1 3808 . . . 4 (𝑧 = 𝑅 → (𝑧 < 𝐷𝑅 < 𝐷))
57 oveq2 5571 . . . . 5 (𝑧 = 𝑅 → (𝑁𝑧) = (𝑁𝑅))
5857breq2d 3817 . . . 4 (𝑧 = 𝑅 → (𝐷 ∥ (𝑁𝑧) ↔ 𝐷 ∥ (𝑁𝑅)))
5956, 58anbi12d 457 . . 3 (𝑧 = 𝑅 → ((𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)) ↔ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅))))
6059elrab 2757 . 2 (𝑅 ∈ {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))} ↔ (𝑅 ∈ ℕ0 ∧ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅))))
6155, 60syl6bb 194 1 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ (𝑅 ∈ ℕ0 ∧ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅)))))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 102  wb 103   = wceq 1285  wcel 1434  ∃!wreu 2355  {crab 2357  {csn 3416   class class class wbr 3805  cfv 4952  crio 5518  (class class class)co 5563  cc 7093  0cc0 7095   · cmul 7100   < clt 7267  cmin 7398   / cdiv 7879  cn 8158  0cn0 8407  cz 8484  cq 8837  cfl 9402   mod cmo 9456  cdvds 10403
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-13 1445  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2065  ax-coll 3913  ax-sep 3916  ax-nul 3924  ax-pow 3968  ax-pr 3992  ax-un 4216  ax-setind 4308  ax-iinf 4357  ax-cnex 7181  ax-resscn 7182  ax-1cn 7183  ax-1re 7184  ax-icn 7185  ax-addcl 7186  ax-addrcl 7187  ax-mulcl 7188  ax-mulrcl 7189  ax-addcom 7190  ax-mulcom 7191  ax-addass 7192  ax-mulass 7193  ax-distr 7194  ax-i2m1 7195  ax-0lt1 7196  ax-1rid 7197  ax-0id 7198  ax-rnegex 7199  ax-precex 7200  ax-cnre 7201  ax-pre-ltirr 7202  ax-pre-ltwlin 7203  ax-pre-lttrn 7204  ax-pre-apti 7205  ax-pre-ltadd 7206  ax-pre-mulgt0 7207  ax-pre-mulext 7208  ax-arch 7209
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 777  df-3or 921  df-3an 922  df-tru 1288  df-fal 1291  df-nf 1391  df-sb 1688  df-eu 1946  df-mo 1947  df-clab 2070  df-cleq 2076  df-clel 2079  df-nfc 2212  df-ne 2250  df-nel 2345  df-ral 2358  df-rex 2359  df-reu 2360  df-rmo 2361  df-rab 2362  df-v 2612  df-sbc 2825  df-csb 2918  df-dif 2984  df-un 2986  df-in 2988  df-ss 2995  df-nul 3268  df-if 3369  df-pw 3402  df-sn 3422  df-pr 3423  df-op 3425  df-uni 3622  df-int 3657  df-iun 3700  df-br 3806  df-opab 3860  df-mpt 3861  df-tr 3896  df-id 4076  df-po 4079  df-iso 4080  df-iord 4149  df-on 4151  df-ilim 4152  df-suc 4154  df-iom 4360  df-xp 4397  df-rel 4398  df-cnv 4399  df-co 4400  df-dm 4401  df-rn 4402  df-res 4403  df-ima 4404  df-iota 4917  df-fun 4954  df-fn 4955  df-f 4956  df-f1 4957  df-fo 4958  df-f1o 4959  df-fv 4960  df-riota 5519  df-ov 5566  df-oprab 5567  df-mpt2 5568  df-1st 5818  df-2nd 5819  df-recs 5974  df-frec 6060  df-pnf 7269  df-mnf 7270  df-xr 7271  df-ltxr 7272  df-le 7273  df-sub 7400  df-neg 7401  df-reap 7794  df-ap 7801  df-div 7880  df-inn 8159  df-2 8217  df-n0 8408  df-z 8485  df-uz 8753  df-q 8838  df-rp 8868  df-fl 9404  df-mod 9457  df-iseq 9574  df-iexp 9625  df-cj 9930  df-re 9931  df-im 9932  df-rsqrt 10085  df-abs 10086  df-dvds 10404
This theorem is referenced by:  divalgmodcl  10535
  Copyright terms: Public domain W3C validator