Users' Mathboxes Mathbox for Stefan O'Rear < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  jm3.1 Unicode version

Theorem jm3.1 26985
Description: Diophantine expression for exponentiation. Lemma 3.1 of [JonesMatijasevic] p. 698. (Contributed by Stefan O'Rear, 16-Oct-2014.)
Assertion
Ref Expression
jm3.1  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( K ^ N )  =  ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  mod  ( ( ( ( 2  x.  A )  x.  K
)  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 ) ) )

Proof of Theorem jm3.1
StepHypRef Expression
1 simpl1 960 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  A  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
2 simpl2 961 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  K  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
3 simpl3 962 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  N  e.  NN )
4 simpr 448 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A )
51, 2, 3, 4jm3.1lem2 26983 . 2  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( K ^ N )  <  (
( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 ) )
6 2nn0 10198 . . . . . 6  |-  2  e.  NN0
7 eluznn0 10506 . . . . . 6  |-  ( ( 2  e.  NN0  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  ->  K  e.  NN0 )
86, 7mpan 652 . . . . 5  |-  ( K  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  K  e.  NN0 )
983ad2ant2 979 . . . 4  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  K  e.  NN0 )
109adantr 452 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  K  e.  NN0 )
113nnnn0d 10234 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  N  e.  NN0 )
12 jm2.18 26953 . . 3  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  NN0  /\  N  e. 
NN0 )  ->  (
( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 )  ||  ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  -  ( K ^ N ) ) )
131, 10, 11, 12syl3anc 1184 . 2  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( (
( ( 2  x.  A )  x.  K
)  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 )  ||  ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  -  ( K ^ N ) ) )
14 simp1 957 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  A  e.  (
ZZ>= `  2 ) )
15 nnz 10263 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  ZZ )
16153ad2ant3 980 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  ZZ )
17 frmx 26870 . . . . . . . 8  |- Xrm  : (
( ZZ>= `  2 )  X.  ZZ ) --> NN0
1817fovcl 6138 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( A Xrm 
N )  e.  NN0 )
1914, 16, 18syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( A Xrm  N )  e.  NN0 )
2019nn0zd 10333 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( A Xrm  N )  e.  ZZ )
21 eluzelz 10456 . . . . . . . 8  |-  ( A  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  A  e.  ZZ )
22 eluzelz 10456 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  K  e.  ZZ )
23 zsubcl 10279 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  ZZ  /\  K  e.  ZZ )  ->  ( A  -  K
)  e.  ZZ )
2421, 22, 23syl2an 464 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )
)  ->  ( A  -  K )  e.  ZZ )
25243adant3 977 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( A  -  K )  e.  ZZ )
26 frmy 26871 . . . . . . . 8  |- Yrm  : (
( ZZ>= `  2 )  X.  ZZ ) --> ZZ
2726fovcl 6138 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( A Yrm 
N )  e.  ZZ )
2814, 16, 27syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( A Yrm  N )  e.  ZZ )
2925, 28zmulcld 10341 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) )  e.  ZZ )
3020, 29zsubcld 10340 . . . 4  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  e.  ZZ )
3130adantr 452 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( ( A Xrm 
N )  -  (
( A  -  K
)  x.  ( A Yrm  N ) ) )  e.  ZZ )
321, 2, 3, 4jm3.1lem3 26984 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( (
( ( 2  x.  A )  x.  K
)  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 )  e.  NN )
33 nnnn0 10188 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  NN0 )
34333ad2ant3 980 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  NN0 )
359, 34nn0expcld 11504 . . . 4  |-  ( ( A  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= `  2 )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K ^ N )  e.  NN0 )
3635adantr 452 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( K ^ N )  e.  NN0 )
37 divalgmodcl 26952 . . 3  |-  ( ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  e.  ZZ  /\  ( ( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 )  e.  NN  /\  ( K ^ N )  e. 
NN0 )  ->  (
( K ^ N
)  =  ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm 
N ) ) )  mod  ( ( ( ( 2  x.  A
)  x.  K )  -  ( K ^
2 ) )  - 
1 ) )  <->  ( ( K ^ N )  < 
( ( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 )  /\  ( ( ( ( 2  x.  A
)  x.  K )  -  ( K ^
2 ) )  - 
1 )  ||  (
( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  -  ( K ^ N ) ) ) ) )
3831, 32, 36, 37syl3anc 1184 . 2  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( ( K ^ N )  =  ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  mod  (
( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 ) )  <-> 
( ( K ^ N )  <  (
( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 )  /\  ( ( ( ( 2  x.  A )  x.  K )  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 ) 
||  ( ( ( A Xrm  N )  -  (
( A  -  K
)  x.  ( A Yrm  N ) ) )  -  ( K ^ N ) ) ) ) )
395, 13, 38mpbir2and 889 1  |-  ( ( ( A  e.  (
ZZ>= `  2 )  /\  K  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  N  e.  NN )  /\  ( K Yrm  ( N  +  1 ) )  <_  A
)  ->  ( K ^ N )  =  ( ( ( A Xrm  N )  -  ( ( A  -  K )  x.  ( A Yrm  N ) ) )  mod  ( ( ( ( 2  x.  A )  x.  K
)  -  ( K ^ 2 ) )  -  1 ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    /\ w3a 936    = wceq 1649    e. wcel 1721   class class class wbr 4176   ` cfv 5417  (class class class)co 6044   1c1 8951    + caddc 8953    x. cmul 8955    < clt 9080    <_ cle 9081    - cmin 9251   NNcn 9960   2c2 10009   NN0cn0 10181   ZZcz 10242   ZZ>=cuz 10448    mod cmo 11209   ^cexp 11341    || cdivides 12811   Xrm crmx 26857   Yrm crmy 26858
This theorem is referenced by:  expdiophlem1  26986
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2389  ax-rep 4284  ax-sep 4294  ax-nul 4302  ax-pow 4341  ax-pr 4367  ax-un 4664  ax-inf2 7556  ax-cnex 9006  ax-resscn 9007  ax-1cn 9008  ax-icn 9009  ax-addcl 9010  ax-addrcl 9011  ax-mulcl 9012  ax-mulrcl 9013  ax-mulcom 9014  ax-addass 9015  ax-mulass 9016  ax-distr 9017  ax-i2m1 9018  ax-1ne0 9019  ax-1rid 9020  ax-rnegex 9021  ax-rrecex 9022  ax-cnre 9023  ax-pre-lttri 9024  ax-pre-lttrn 9025  ax-pre-ltadd 9026  ax-pre-mulgt0 9027  ax-pre-sup 9028  ax-addf 9029  ax-mulf 9030
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2262  df-mo 2263  df-clab 2395  df-cleq 2401  df-clel 2404  df-nfc 2533  df-ne 2573  df-nel 2574  df-ral 2675  df-rex 2676  df-reu 2677  df-rmo 2678  df-rab 2679  df-v 2922  df-sbc 3126  df-csb 3216  df-dif 3287  df-un 3289  df-in 3291  df-ss 3298  df-pss 3300  df-nul 3593  df-if 3704  df-pw 3765  df-sn 3784  df-pr 3785  df-tp 3786  df-op 3787  df-uni 3980  df-int 4015  df-iun 4059  df-iin 4060  df-br 4177  df-opab 4231  df-mpt 4232  df-tr 4267  df-eprel 4458  df-id 4462  df-po 4467  df-so 4468  df-fr 4505  df-se 4506  df-we 4507  df-ord 4548  df-on 4549  df-lim 4550  df-suc 4551  df-om 4809  df-xp 4847  df-rel 4848  df-cnv 4849  df-co 4850  df-dm 4851  df-rn 4852  df-res 4853  df-ima 4854  df-iota 5381  df-fun 5419  df-fn 5420  df-f 5421  df-f1 5422  df-fo 5423  df-f1o 5424  df-fv 5425  df-isom 5426  df-ov 6047  df-oprab 6048  df-mpt2 6049  df-of 6268  df-1st 6312  df-2nd 6313  df-riota 6512  df-recs 6596  df-rdg 6631  df-1o 6687  df-2o 6688  df-oadd 6691  df-omul 6692  df-er 6868  df-map 6983  df-pm 6984  df-ixp 7027  df-en 7073  df-dom 7074  df-sdom 7075  df-fin 7076  df-fi 7378  df-sup 7408  df-oi 7439  df-card 7786  df-acn 7789  df-cda 8008  df-pnf 9082  df-mnf 9083  df-xr 9084  df-ltxr 9085  df-le 9086  df-sub 9253  df-neg 9254  df-div 9638  df-nn 9961  df-2 10018  df-3 10019  df-4 10020  df-5 10021  df-6 10022  df-7 10023  df-8 10024  df-9 10025  df-10 10026  df-n0 10182  df-z 10243  df-dec 10343  df-uz 10449  df-q 10535  df-rp 10573  df-xneg 10670  df-xadd 10671  df-xmul 10672  df-ioo 10880  df-ioc 10881  df-ico 10882  df-icc 10883  df-fz 11004  df-fzo 11095  df-fl 11161  df-mod 11210  df-seq 11283  df-exp 11342  df-fac 11526  df-bc 11553  df-hash 11578  df-shft 11841  df-cj 11863  df-re 11864  df-im 11865  df-sqr 11999  df-abs 12000  df-limsup 12224  df-clim 12241  df-rlim 12242  df-sum 12439  df-ef 12629  df-sin 12631  df-cos 12632  df-pi 12634  df-dvds 12812  df-gcd 12966  df-numer 13086  df-denom 13087  df-struct 13430  df-ndx 13431  df-slot 13432  df-base 13433  df-sets 13434  df-ress 13435  df-plusg 13501  df-mulr 13502  df-starv 13503  df-sca 13504  df-vsca 13505  df-tset 13507  df-ple 13508  df-ds 13510  df-unif 13511  df-hom 13512  df-cco 13513  df-rest 13609  df-topn 13610  df-topgen 13626  df-pt 13627  df-prds 13630  df-xrs 13685  df-0g 13686  df-gsum 13687  df-qtop 13692  df-imas 13693  df-xps 13695  df-mre 13770  df-mrc 13771  df-acs 13773  df-mnd 14649  df-submnd 14698  df-mulg 14774  df-cntz 15075  df-cmn 15373  df-psmet 16653  df-xmet 16654  df-met 16655  df-bl 16656  df-mopn 16657  df-fbas 16658  df-fg 16659  df-cnfld 16663  df-top 16922  df-bases 16924  df-topon 16925  df-topsp 16926  df-cld 17042  df-ntr 17043  df-cls 17044  df-nei 17121  df-lp 17159  df-perf 17160  df-cn 17249  df-cnp 17250  df-haus 17337  df-tx 17551  df-hmeo 17744  df-fil 17835  df-fm 17927  df-flim 17928  df-flf 17929  df-xms 18307  df-ms 18308  df-tms 18309  df-cncf 18865  df-limc 19710  df-dv 19711  df-log 20411  df-squarenn 26798  df-pell1qr 26799  df-pell14qr 26800  df-pell1234qr 26801  df-pellfund 26802  df-rmx 26859  df-rmy 26860
  Copyright terms: Public domain W3C validator