Theorem modqval 10097

Description: The value of the modulo operation. The modulo congruence notation of number theory, 𝐽≡𝐾 (modulo 𝑁), can be expressed in our notation as (𝐽 mod 𝑁) = (𝐾 mod 𝑁). Definition 1 in Knuth, The Art of Computer Programming, Vol. I (1972), p. 38. Knuth uses "mod" for the operation and "modulo" for the congruence. Unlike Knuth, we restrict the second argument to positive numbers to simplify certain theorems. (This also gives us future flexibility to extend it to any one of several different conventions for a zero or negative second argument, should there be an advantage in doing so.) As with flqcl 10046 we only prove this for rationals although other particular kinds of real numbers may be possible. (Contributed by Jim Kingdon, 16-Oct-2021.)

Assertion

Ref	Expression
modqval	⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (𝐴 mod 𝐵) = (𝐴 − (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))))

Proof of Theorem modqval

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		qre 9417	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℚ → 𝐴 ∈ ℝ)
2	1	3ad2ant1 1002	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → 𝐴 ∈ ℝ)
3		qre 9417	. . . 4 ⊢ (𝐵 ∈ ℚ → 𝐵 ∈ ℝ)
4	3	3ad2ant2 1003	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → 𝐵 ∈ ℝ)
5		simp3 983	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → 0 < 𝐵)
6	4, 5	elrpd 9481	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → 𝐵 ∈ ℝ+)
7	5	gt0ne0d 8274	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → 𝐵 ≠ 0)
8		qdivcl 9435	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℚ)
9	7, 8	syld3an3 1261	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (𝐴 / 𝐵) ∈ ℚ)
10	9	flqcld 10050	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (⌊‘(𝐴 / 𝐵)) ∈ ℤ)
11	10	zred 9173	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (⌊‘(𝐴 / 𝐵)) ∈ ℝ)
12	4, 11	remulcld 7796	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵))) ∈ ℝ)
13	2, 12	resubcld 8143	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (𝐴 − (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))) ∈ ℝ)
14		oveq1 5781	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝑥 / 𝑦) = (𝐴 / 𝑦))
15	14	fveq2d 5425	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (⌊‘(𝑥 / 𝑦)) = (⌊‘(𝐴 / 𝑦)))
16	15	oveq2d 5790	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝑦 · (⌊‘(𝑥 / 𝑦))) = (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦))))
17		oveq12 5783	. . . 4 ⊢ ((𝑥 = 𝐴 ∧ (𝑦 · (⌊‘(𝑥 / 𝑦))) = (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦)))) → (𝑥 − (𝑦 · (⌊‘(𝑥 / 𝑦)))) = (𝐴 − (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦)))))
18	16, 17	mpdan 417	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝑥 − (𝑦 · (⌊‘(𝑥 / 𝑦)))) = (𝐴 − (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦)))))
19		oveq2 5782	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = 𝐵 → (𝐴 / 𝑦) = (𝐴 / 𝐵))
20	19	fveq2d 5425	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = 𝐵 → (⌊‘(𝐴 / 𝑦)) = (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))
21		oveq12 5783	. . . . 5 ⊢ ((𝑦 = 𝐵 ∧ (⌊‘(𝐴 / 𝑦)) = (⌊‘(𝐴 / 𝐵))) → (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦))) = (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵))))
22	20, 21	mpdan 417	. . . 4 ⊢ (𝑦 = 𝐵 → (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦))) = (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵))))
23	22	oveq2d 5790	. . 3 ⊢ (𝑦 = 𝐵 → (𝐴 − (𝑦 · (⌊‘(𝐴 / 𝑦)))) = (𝐴 − (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))))
24		df-mod 10096	. . 3 ⊢ mod = (𝑥 ∈ ℝ, 𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (𝑥 − (𝑦 · (⌊‘(𝑥 / 𝑦)))))
25	18, 23, 24	ovmpog 5905	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+ ∧ (𝐴 − (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))) ∈ ℝ) → (𝐴 mod 𝐵) = (𝐴 − (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))))
26	2, 6, 13, 25	syl3anc 1216	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝐵) → (𝐴 mod 𝐵) = (𝐴 − (𝐵 · (⌊‘(𝐴 / 𝐵)))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ w3a 962   = wceq 1331   ∈ wcel 1480   ≠ wne 2308   class class class wbr 3929  ‘cfv 5123  (class class class)co 5774  ℝcr 7619  0cc0 7620   · cmul 7625   < clt 7800   − cmin 7933   / cdiv 8432  ℚcq 9411  ℝ⁺crp 9441  ⌊cfl 10041   mod cmo 10095

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2121  ax-sep 4046  ax-pow 4098  ax-pr 4131  ax-un 4355  ax-setind 4452  ax-cnex 7711  ax-resscn 7712  ax-1cn 7713  ax-1re 7714  ax-icn 7715  ax-addcl 7716  ax-addrcl 7717  ax-mulcl 7718  ax-mulrcl 7719  ax-addcom 7720  ax-mulcom 7721  ax-addass 7722  ax-mulass 7723  ax-distr 7724  ax-i2m1 7725  ax-0lt1 7726  ax-1rid 7727  ax-0id 7728  ax-rnegex 7729  ax-precex 7730  ax-cnre 7731  ax-pre-ltirr 7732  ax-pre-ltwlin 7733  ax-pre-lttrn 7734  ax-pre-apti 7735  ax-pre-ltadd 7736  ax-pre-mulgt0 7737  ax-pre-mulext 7738  ax-arch 7739

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2002  df-mo 2003  df-clab 2126  df-cleq 2132  df-clel 2135  df-nfc 2270  df-ne 2309  df-nel 2404  df-ral 2421  df-rex 2422  df-reu 2423  df-rmo 2424  df-rab 2425  df-v 2688  df-sbc 2910  df-csb 3004  df-dif 3073  df-un 3075  df-in 3077  df-ss 3084  df-pw 3512  df-sn 3533  df-pr 3534  df-op 3536  df-uni 3737  df-int 3772  df-iun 3815  df-br 3930  df-opab 3990  df-mpt 3991  df-id 4215  df-po 4218  df-iso 4219  df-xp 4545  df-rel 4546  df-cnv 4547  df-co 4548  df-dm 4549  df-rn 4550  df-res 4551  df-ima 4552  df-iota 5088  df-fun 5125  df-fn 5126  df-f 5127  df-fv 5131  df-riota 5730  df-ov 5777  df-oprab 5778  df-mpo 5779  df-1st 6038  df-2nd 6039  df-pnf 7802  df-mnf 7803  df-xr 7804  df-ltxr 7805  df-le 7806  df-sub 7935  df-neg 7936  df-reap 8337  df-ap 8344  df-div 8433  df-inn 8721  df-n0 8978  df-z 9055  df-q 9412  df-rp 9442  df-fl 10043  df-mod 10096

This theorem is referenced by:  modqvalr  10098  modqcl  10099  modq0  10102  modqge0  10105  modqlt  10106  modqdiffl  10108  modqfrac  10110  modqmulnn  10115  zmodcl  10117  modqid  10122  modqcyc  10132  modqadd1  10134  modqmul1  10150  modqdi  10165  modqsubdir  10166  iexpcyc  10397  dvdsmod  11560  divalgmod  11624  modgcd  11679