MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dirith Unicode version

Theorem dirith 20673
Description: Dirichlet's theorem: there are infinitely many primes in any arithmetic progression coprime to  N. Theorem 9.4.1 of [Shapiro], p. 375. See http://metamath-blog.blogspot.com/2016/05/dirichlets-theorem.html for an informal exposition. (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2016.)
Assertion
Ref Expression
dirith  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) }  ~~  NN )
Distinct variable groups:    A, p    N, p

Proof of Theorem dirith
StepHypRef Expression
1 simp1 955 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN )
21nnnn0d 10013 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN0 )
32adantr 451 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  N  e.  NN0 )
4 eqid 2283 . . . . . . 7  |-  (ℤ/n `  N
)  =  (ℤ/n `  N
)
5 eqid 2283 . . . . . . 7  |-  ( Base `  (ℤ/n `  N ) )  =  ( Base `  (ℤ/n `  N
) )
6 eqid 2283 . . . . . . 7  |-  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  =  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )
74, 5, 6znzrhfo 16496 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) : ZZ -onto-> ( Base `  (ℤ/n `  N
) ) )
8 fofn 5418 . . . . . 6  |-  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) : ZZ -onto-> ( Base `  (ℤ/n `  N
) )  ->  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  Fn  ZZ )
93, 7, 83syl 18 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )  Fn  ZZ )
10 prmz 12757 . . . . . 6  |-  ( p  e.  Prime  ->  p  e.  ZZ )
1110adantl 452 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  p  e.  ZZ )
12 fniniseg 5607 . . . . . 6  |-  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  Fn  ZZ  ->  ( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( p  e.  ZZ  /\  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) ) )
1312baibd 875 . . . . 5  |-  ( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )  Fn  ZZ  /\  p  e.  ZZ )  ->  ( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) )
149, 11, 13syl2anc 642 . . . 4  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) )
15 simp2 956 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  A  e.  ZZ )
1615adantr 451 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  A  e.  ZZ )
174, 6zndvds 16498 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  p  e.  ZZ  /\  A  e.  ZZ )  ->  (
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  <->  N  ||  ( p  -  A ) ) )
183, 11, 16, 17syl3anc 1182 . . . 4  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  <->  N  ||  ( p  -  A ) ) )
1914, 18bitrd 244 . . 3  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
N  ||  ( p  -  A ) ) )
2019rabbi2dva 3377 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( Prime  i^i  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } ) )  =  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) } )
21 eqid 2283 . . 3  |-  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  =  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )
22 simp3 957 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( A  gcd  N )  =  1 )
234, 21, 6znunit 16512 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  A  e.  ZZ )  ->  ( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A )  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  <->  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
242, 15, 23syl2anc 642 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A )  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  <->  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
2522, 24mpbird 223 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) ) )
26 eqid 2283 . . 3  |-  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) " {
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  =  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )
274, 6, 1, 21, 25, 26dirith2 20672 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( Prime  i^i  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } ) )  ~~  NN )
2820, 27eqbrtrrd 4045 1  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) }  ~~  NN )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1623    e. wcel 1684   {crab 2547    i^i cin 3151   {csn 3640   class class class wbr 4023   `'ccnv 4686   "cima 4690    Fn wfn 5215   -onto->wfo 5218   ` cfv 5220  (class class class)co 5819    ~~ cen 6855   1c1 8733    - cmin 9032   NNcn 9741   NN0cn0 9960   ZZcz 10019    || cdivides 12526    gcd cgcd 12680   Primecprime 12753   Basecbs 13143  Unitcui 15416   ZRHomczrh 16446  ℤ/nczn 16449
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-rep 4131  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4186  ax-pr 4212  ax-un 4510  ax-inf2 7337  ax-cnex 8788  ax-resscn 8789  ax-1cn 8790  ax-icn 8791  ax-addcl 8792  ax-addrcl 8793  ax-mulcl 8794  ax-mulrcl 8795  ax-mulcom 8796  ax-addass 8797  ax-mulass 8798  ax-distr 8799  ax-i2m1 8800  ax-1ne0 8801  ax-1rid 8802  ax-rnegex 8803  ax-rrecex 8804  ax-cnre 8805  ax-pre-lttri 8806  ax-pre-lttrn 8807  ax-pre-ltadd 8808  ax-pre-mulgt0 8809  ax-pre-sup 8810  ax-addf 8811  ax-mulf 8812
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-fal 1311  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-nel 2449  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rmo 2551  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pss 3168  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-tp 3648  df-op 3649  df-uni 3828  df-int 3863  df-iun 3907  df-iin 3908  df-disj 3994  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-tr 4114  df-eprel 4303  df-id 4307  df-po 4312  df-so 4313  df-fr 4350  df-se 4351  df-we 4352  df-ord 4393  df-on 4394  df-lim 4395  df-suc 4396  df-om 4655  df-xp 4693  df-rel 4694  df-cnv 4695  df-co 4696  df-dm 4697  df-rn 4698  df-res 4699  df-ima 4700  df-fun 5222  df-fn 5223  df-f 5224  df-f1 5225  df-fo 5226  df-f1o 5227  df-fv 5228  df-isom 5229  df-ov 5822  df-oprab 5823  df-mpt2 5824  df-of 6039  df-1st 6083  df-2nd 6084  df-tpos 6195  df-rpss 6238  df-iota 6252  df-riota 6299  df-recs 6383  df-rdg 6418  df-1o 6474  df-2o 6475  df-oadd 6478  df-omul 6479  df-er 6655  df-ec 6657  df-qs 6661  df-map 6769  df-pm 6770  df-ixp 6813  df-en 6859  df-dom 6860  df-sdom 6861  df-fin 6862  df-fi 7160  df-sup 7189  df-oi 7220  df-card 7567  df-acn 7570  df-cda 7789  df-pnf 8864  df-mnf 8865  df-xr 8866  df-ltxr 8867  df-le 8868  df-sub 9034  df-neg 9035  df-div 9419  df-nn 9742  df-2 9799  df-3 9800  df-4 9801  df-5 9802  df-6 9803  df-7 9804  df-8 9805  df-9 9806  df-10 9807  df-n0 9961  df-z 10020  df-dec 10120  df-uz 10226  df-q 10312  df-rp 10350  df-xneg 10447  df-xadd 10448  df-xmul 10449  df-ioo 10655  df-ioc 10656  df-ico 10657  df-icc 10658  df-fz 10778  df-fzo 10866  df-fl 10920  df-mod 10969  df-seq 11042  df-exp 11100  df-fac 11284  df-bc 11311  df-hash 11333  df-word 11404  df-concat 11405  df-s1 11406  df-shft 11557  df-cj 11579  df-re 11580  df-im 11581  df-sqr 11715  df-abs 11716  df-limsup 11940  df-clim 11957  df-rlim 11958  df-o1 11959  df-lo1 11960  df-sum 12154  df-ef 12344  df-e 12345  df-sin 12346  df-cos 12347  df-tan 12348  df-pi 12349  df-dvds 12527  df-gcd 12681  df-prm 12754  df-numer 12801  df-denom 12802  df-phi 12829  df-pc 12885  df-struct 13145  df-ndx 13146  df-slot 13147  df-base 13148  df-sets 13149  df-ress 13150  df-plusg 13216  df-mulr 13217  df-starv 13218  df-sca 13219  df-vsca 13220  df-tset 13222  df-ple 13223  df-ds 13225  df-hom 13227  df-cco 13228  df-rest 13322  df-topn 13323  df-topgen 13339  df-pt 13340  df-prds 13343  df-xrs 13398  df-0g 13399  df-gsum 13400  df-qtop 13405  df-imas 13406  df-divs 13407  df-xps 13408  df-mre 13483  df-mrc 13484  df-acs 13486  df-mnd 14362  df-mhm 14410  df-submnd 14411  df-grp 14484  df-minusg 14485  df-sbg 14486  df-mulg 14487  df-subg 14613  df-nsg 14614  df-eqg 14615  df-ghm 14676  df-gim 14718  df-ga 14739  df-cntz 14788  df-oppg 14814  df-od 14839  df-gex 14840  df-pgp 14841  df-lsm 14942  df-pj1 14943  df-cmn 15086  df-abl 15087  df-cyg 15160  df-dprd 15228  df-dpj 15229  df-mgp 15321  df-rng 15335  df-cring 15336  df-ur 15337  df-oppr 15400  df-dvdsr 15418  df-unit 15419  df-invr 15449  df-dvr 15460  df-rnghom 15491  df-drng 15509  df-subrg 15538  df-lmod 15624  df-lss 15685  df-lsp 15724  df-sra 15920  df-rgmod 15921  df-lidl 15922  df-rsp 15923  df-2idl 15979  df-xmet 16368  df-met 16369  df-bl 16370  df-mopn 16371  df-cnfld 16373  df-zrh 16450  df-zn 16453  df-top 16631  df-bases 16633  df-topon 16634  df-topsp 16635  df-cld 16751  df-ntr 16752  df-cls 16753  df-nei 16830  df-lp 16863  df-perf 16864  df-cn 16952  df-cnp 16953  df-haus 17038  df-cmp 17109  df-tx 17252  df-hmeo 17441  df-fbas 17515  df-fg 17516  df-fil 17536  df-fm 17628  df-flim 17629  df-flf 17630  df-xms 17880  df-ms 17881  df-tms 17882  df-cncf 18377  df-0p 19020  df-limc 19211  df-dv 19212  df-ply 19565  df-idp 19566  df-coe 19567  df-dgr 19568  df-quot 19666  df-log 19909  df-cxp 19910  df-em 20282  df-cht 20329  df-vma 20330  df-chp 20331  df-ppi 20332  df-mu 20333  df-dchr 20467
  Copyright terms: Public domain W3C validator