Theorem eulerthlem1 16120

Description: Lemma for eulerth 16122. (Contributed by Mario Carneiro, 8-May-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
eulerth.1	⊢ (𝜑 → (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐴 gcd 𝑁) = 1))
eulerth.2	⊢ 𝑆 = {𝑦 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑦 gcd 𝑁) = 1}
eulerth.3	⊢ 𝑇 = (1...(ϕ‘𝑁))
eulerth.4	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆)
eulerth.5	⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁))

Assertion

Ref	Expression
eulerthlem1	⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑇⟶𝑆)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝑁,𝑦   𝑥,𝑆   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑇,𝑦

Allowed substitution hint:   𝑆(𝑦)

Proof of Theorem eulerthlem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eulerth.1	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐴 gcd 𝑁) = 1))
2	1	simp2d 1139	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
3	2	adantr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝐴 ∈ ℤ)
4		eulerth.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆)
5		f1of 6617	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆 → 𝐹:𝑇⟶𝑆)
6	4, 5	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶𝑆)
7	6	ffvelrnda 6853	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ 𝑆)
8		oveq1 7165	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = (𝐹‘𝑥) → (𝑦 gcd 𝑁) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
9	8	eqeq1d 2825	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = (𝐹‘𝑥) → ((𝑦 gcd 𝑁) = 1 ↔ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
10		eulerth.2	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑆 = {𝑦 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑦 gcd 𝑁) = 1}
11	9, 10	elrab2 3685	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ 𝑆 ↔ ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) ∧ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
12	7, 11	sylib 220	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) ∧ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
13	12	simpld 497	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁))
14		elfzoelz 13041	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ)
15	13, 14	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ)
16	3, 15	zmulcld 12096	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ)
17	1	simp1d 1138	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
18	17	adantr 483	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝑁 ∈ ℕ)
19		zmodfzo 13265	. . . 4 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁))
20	16, 18, 19	syl2anc 586	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁))
21		modgcd 15882	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁))
22	16, 18, 21	syl2anc 586	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁))
23	17	nnzd 12089	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
24	23	adantr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝑁 ∈ ℤ)
25		gcdcom 15864	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁) = (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))))
26	16, 24, 25	syl2anc 586	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁) = (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))))
27		gcdcom 15864	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) → (𝑁 gcd 𝐴) = (𝐴 gcd 𝑁))
28	23, 2, 27	syl2anc 586	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 gcd 𝐴) = (𝐴 gcd 𝑁))
29	1	simp3d 1140	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝑁) = 1)
30	28, 29	eqtrd 2858	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 gcd 𝐴) = 1)
31	30	adantr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd 𝐴) = 1)
32		gcdcom 15864	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
33	24, 15, 32	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
34	12	simprd 498	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1)
35	33, 34	eqtrd 2858	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1)
36		rpmul 16005	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ) → (((𝑁 gcd 𝐴) = 1 ∧ (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1))
37	24, 3, 15, 36	syl3anc 1367	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝑁 gcd 𝐴) = 1 ∧ (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1))
38	31, 35, 37	mp2and 697	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1)
39	22, 26, 38	3eqtrd 2862	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1)
40		oveq1 7165	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) → (𝑦 gcd 𝑁) = (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁))
41	40	eqeq1d 2825	. . . 4 ⊢ (𝑦 = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) → ((𝑦 gcd 𝑁) = 1 ↔ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1))
42	41, 10	elrab2 3685	. . 3 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ 𝑆 ↔ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁) ∧ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1))
43	20, 39, 42	sylanbrc 585	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ 𝑆)
44		eulerth.5	. 2 ⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁))
45	43, 44	fmptd 6880	1 ⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑇⟶𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   ∧ w3a 1083   = wceq 1537   ∈ wcel 2114  {crab 3144   ↦ cmpt 5148  ⟶wf 6353  –1-1-onto→wf1o 6356  ‘cfv 6357  (class class class)co 7158  0cc0 10539  1c1 10540   · cmul 10544  ℕcn 11640  ℤcz 11984  ...cfz 12895  ..^cfzo 13036   mod cmo 13240   gcd cgcd 15845  ϕcphi 16103

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2795  ax-sep 5205  ax-nul 5212  ax-pow 5268  ax-pr 5332  ax-un 7463  ax-cnex 10595  ax-resscn 10596  ax-1cn 10597  ax-icn 10598  ax-addcl 10599  ax-addrcl 10600  ax-mulcl 10601  ax-mulrcl 10602  ax-mulcom 10603  ax-addass 10604  ax-mulass 10605  ax-distr 10606  ax-i2m1 10607  ax-1ne0 10608  ax-1rid 10609  ax-rnegex 10610  ax-rrecex 10611  ax-cnre 10612  ax-pre-lttri 10613  ax-pre-lttrn 10614  ax-pre-ltadd 10615  ax-pre-mulgt0 10616  ax-pre-sup 10617

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2654  df-clab 2802  df-cleq 2816  df-clel 2895  df-nfc 2965  df-ne 3019  df-nel 3126  df-ral 3145  df-rex 3146  df-reu 3147  df-rmo 3148  df-rab 3149  df-v 3498  df-sbc 3775  df-csb 3886  df-dif 3941  df-un 3943  df-in 3945  df-ss 3954  df-pss 3956  df-nul 4294  df-if 4470  df-pw 4543  df-sn 4570  df-pr 4572  df-tp 4574  df-op 4576  df-uni 4841  df-iun 4923  df-br 5069  df-opab 5131  df-mpt 5149  df-tr 5175  df-id 5462  df-eprel 5467  df-po 5476  df-so 5477  df-fr 5516  df-we 5518  df-xp 5563  df-rel 5564  df-cnv 5565  df-co 5566  df-dm 5567  df-rn 5568  df-res 5569  df-ima 5570  df-pred 6150  df-ord 6196  df-on 6197  df-lim 6198  df-suc 6199  df-iota 6316  df-fun 6359  df-fn 6360  df-f 6361  df-f1 6362  df-fo 6363  df-f1o 6364  df-fv 6365  df-riota 7116  df-ov 7161  df-oprab 7162  df-mpo 7163  df-om 7583  df-1st 7691  df-2nd 7692  df-wrecs 7949  df-recs 8010  df-rdg 8048  df-er 8291  df-en 8512  df-dom 8513  df-sdom 8514  df-sup 8908  df-inf 8909  df-pnf 10679  df-mnf 10680  df-xr 10681  df-ltxr 10682  df-le 10683  df-sub 10874  df-neg 10875  df-div 11300  df-nn 11641  df-2 11703  df-3 11704  df-n0 11901  df-z 11985  df-uz 12247  df-rp 12393  df-fz 12896  df-fzo 13037  df-fl 13165  df-mod 13241  df-seq 13373  df-exp 13433  df-cj 14460  df-re 14461  df-im 14462  df-sqrt 14596  df-abs 14597  df-dvds 15610  df-gcd 15846

This theorem is referenced by:  eulerthlem2  16121