Theorem bezoutlemex 12355

Description: Lemma for Bézout's identity. Existence of a number which we will later show to be the greater common divisor and its decomposition into cofactors. (Contributed by Mario Carneiro and Jim Kingdon, 3-Jan-2022.)

Assertion

Ref	Expression
bezoutlemex	|- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) )

Distinct variable groups:   A, d, x, y   z, A, d   B, d, x, y   z, B

Proof of Theorem bezoutlemex

Dummy variables a b s t w are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq2 5954	. . . . . . . 8 |- ( y = t -> ( B x. y ) = ( B x. t ) )
2	1	oveq2d 5962	. . . . . . 7 |- ( y = t -> ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) )
3	2	eqeq2d 2217	. . . . . 6 |- ( y = t -> ( d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) ) )
4	3	cbvrexv 2739	. . . . 5 |- ( E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> E. t e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) )
5	4	rexbii 2513	. . . 4 |- ( E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> E. x e. ZZ E. t e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) )
6		oveq2 5954	. . . . . . . 8 |- ( x = s -> ( A x. x ) = ( A x. s ) )
7	6	oveq1d 5961	. . . . . . 7 |- ( x = s -> ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) )
8	7	eqeq2d 2217	. . . . . 6 |- ( x = s -> ( d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) <-> d = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) ) )
9	8	rexbidv 2507	. . . . 5 |- ( x = s -> ( E. t e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) <-> E. t e. ZZ d = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) ) )
10	9	cbvrexv 2739	. . . 4 |- ( E. x e. ZZ E. t e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) <-> E. s e. ZZ E. t e. ZZ d = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) )
11	5, 10	bitri 184	. . 3 |- ( E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> E. s e. ZZ E. t e. ZZ d = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) )
12		simpl 109	. . 3 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> A e. NN0 )
13		simpr 110	. . 3 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> B e. NN0 )
14	11, 12, 13	bezoutlemb 12354	. 2 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> [. B / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) )
15		dfsbcq2 3001	. . . 4 |- ( b = B -> ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> [. B / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) )
16		breq2 4049	. . . . . . . . 9 |- ( b = B -> ( z || b <-> z || B ) )
17	16	anbi2d 464	. . . . . . . 8 |- ( b = B -> ( ( z || A /\ z || b ) <-> ( z || A /\ z || B ) ) )
18	17	imbi2d 230	. . . . . . 7 |- ( b = B -> ( ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) <-> ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) ) )
19	18	ralbidv 2506	. . . . . 6 |- ( b = B -> ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) <-> A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) ) )
20	19	anbi1d 465	. . . . 5 |- ( b = B -> ( ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) <-> ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) )
21	20	rexbidv 2507	. . . 4 |- ( b = B -> ( E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) <-> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) )
22	15, 21	imbi12d 234	. . 3 |- ( b = B -> ( ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) <-> ( [. B / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) )
23	11, 12, 13	bezoutlema 12353	. . . 4 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> [. A / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) )
24		dfsbcq2 3001	. . . . . 6 |- ( a = A -> ( [ a / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> [. A / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) )
25		breq2 4049	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( a = A -> ( z || a <-> z || A ) )
26	25	anbi1d 465	. . . . . . . . . . . 12 |- ( a = A -> ( ( z || a /\ z || b ) <-> ( z || A /\ z || b ) ) )
27	26	imbi2d 230	. . . . . . . . . . 11 |- ( a = A -> ( ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) <-> ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) ) )
28	27	ralbidv 2506	. . . . . . . . . 10 |- ( a = A -> ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) <-> A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) ) )
29	28	anbi1d 465	. . . . . . . . 9 |- ( a = A -> ( ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) <-> ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) )
30	29	rexbidv 2507	. . . . . . . 8 |- ( a = A -> ( E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) <-> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) )
31	30	imbi2d 230	. . . . . . 7 |- ( a = A -> ( ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) <-> ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) )
32	31	ralbidv 2506	. . . . . 6 |- ( a = A -> ( A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) <-> A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) )
33	24, 32	imbi12d 234	. . . . 5 |- ( a = A -> ( ( [ a / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) <-> ( [. A / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) ) )
34		breq1 4048	. . . . . . . 8 |- ( z = w -> ( z || d <-> w || d ) )
35		breq1 4048	. . . . . . . . 9 |- ( z = w -> ( z || a <-> w || a ) )
36		breq1 4048	. . . . . . . . 9 |- ( z = w -> ( z || b <-> w || b ) )
37	35, 36	anbi12d 473	. . . . . . . 8 |- ( z = w -> ( ( z || a /\ z || b ) <-> ( w || a /\ w || b ) ) )
38	34, 37	imbi12d 234	. . . . . . 7 |- ( z = w -> ( ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) <-> ( w || d -> ( w || a /\ w || b ) ) ) )
39	38	cbvralv 2738	. . . . . 6 |- ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) <-> A. w e. NN0 ( w || d -> ( w || a /\ w || b ) ) )
40	11, 39, 12, 13	bezoutlemmain 12352	. . . . 5 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> A. a e. NN0 ( [ a / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || a /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) )
41	33, 40, 12	rspcdva 2882	. . . 4 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> ( [. A / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) ) )
42	23, 41	mpd 13	. . 3 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> A. b e. NN0 ( [ b / d ] E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || b ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) )
43	22, 42, 13	rspcdva 2882	. 2 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> ( [. B / d ]. E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) ) )
44	14, 43	mpd 13	1 |- ( ( A e. NN0 /\ B e. NN0 ) -> E. d e. NN0 ( A. z e. NN0 ( z || d -> ( z || A /\ z || B ) ) /\ E. x e. ZZ E. y e. ZZ d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1373   [wsb 1785   e. wcel 2176   A.wral 2484   E.wrex 2485   [.wsbc 2998   class class class wbr 4045  (class class class)co 5946   + caddc 7930   x. cmul 7932   NN0cn0 9297   ZZcz 9374   || cdvds 12131

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1470  ax-7 1471  ax-gen 1472  ax-ie1 1516  ax-ie2 1517  ax-8 1527  ax-10 1528  ax-11 1529  ax-i12 1530  ax-bndl 1532  ax-4 1533  ax-17 1549  ax-i9 1553  ax-ial 1557  ax-i5r 1558  ax-13 2178  ax-14 2179  ax-ext 2187  ax-coll 4160  ax-sep 4163  ax-nul 4171  ax-pow 4219  ax-pr 4254  ax-un 4481  ax-setind 4586  ax-iinf 4637  ax-cnex 8018  ax-resscn 8019  ax-1cn 8020  ax-1re 8021  ax-icn 8022  ax-addcl 8023  ax-addrcl 8024  ax-mulcl 8025  ax-mulrcl 8026  ax-addcom 8027  ax-mulcom 8028  ax-addass 8029  ax-mulass 8030  ax-distr 8031  ax-i2m1 8032  ax-0lt1 8033  ax-1rid 8034  ax-0id 8035  ax-rnegex 8036  ax-precex 8037  ax-cnre 8038  ax-pre-ltirr 8039  ax-pre-ltwlin 8040  ax-pre-lttrn 8041  ax-pre-apti 8042  ax-pre-ltadd 8043  ax-pre-mulgt0 8044  ax-pre-mulext 8045  ax-arch 8046

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1484  df-sb 1786  df-eu 2057  df-mo 2058  df-clab 2192  df-cleq 2198  df-clel 2201  df-nfc 2337  df-ne 2377  df-nel 2472  df-ral 2489  df-rex 2490  df-reu 2491  df-rmo 2492  df-rab 2493  df-v 2774  df-sbc 2999  df-csb 3094  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-nul 3461  df-if 3572  df-pw 3618  df-sn 3639  df-pr 3640  df-op 3642  df-uni 3851  df-int 3886  df-iun 3929  df-br 4046  df-opab 4107  df-mpt 4108  df-tr 4144  df-id 4341  df-po 4344  df-iso 4345  df-iord 4414  df-on 4416  df-ilim 4417  df-suc 4419  df-iom 4640  df-xp 4682  df-rel 4683  df-cnv 4684  df-co 4685  df-dm 4686  df-rn 4687  df-res 4688  df-ima 4689  df-iota 5233  df-fun 5274  df-fn 5275  df-f 5276  df-f1 5277  df-fo 5278  df-f1o 5279  df-fv 5280  df-riota 5901  df-ov 5949  df-oprab 5950  df-mpo 5951  df-1st 6228  df-2nd 6229  df-recs 6393  df-frec 6479  df-pnf 8111  df-mnf 8112  df-xr 8113  df-ltxr 8114  df-le 8115  df-sub 8247  df-neg 8248  df-reap 8650  df-ap 8657  df-div 8748  df-inn 9039  df-2 9097  df-n0 9298  df-z 9375  df-uz 9651  df-q 9743  df-rp 9778  df-fz 10133  df-fl 10415  df-mod 10470  df-seqfrec 10595  df-exp 10686  df-cj 11186  df-re 11187  df-im 11188  df-rsqrt 11342  df-abs 11343  df-dvds 12132

This theorem is referenced by:  bezoutlemzz  12356