Theorem bezoutlemex 12722

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 6066	. . . . . . . 8 |- ( y = t -> ( B x. y ) = ( B x. t ) )
2	1	oveq2d 6074	. . . . . . 7 |- ( y = t -> ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) )
3	2	eqeq2d 2246	. . . . . 6 |- ( y = t -> ( d = ( ( A x. x ) + ( B x. y ) ) <-> d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) ) )
4	3	cbvrexv 2781	. . . . 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 2551	. . . 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 6066	. . . . . . . 8 |- ( x = s -> ( A x. x ) = ( A x. s ) )
7	6	oveq1d 6073	. . . . . . 7 |- ( x = s -> ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) )
8	7	eqeq2d 2246	. . . . . 6 |- ( x = s -> ( d = ( ( A x. x ) + ( B x. t ) ) <-> d = ( ( A x. s ) + ( B x. t ) ) ) )
9	8	rexbidv 2545	. . . . 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 2781	. . . 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 12721	. 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 3048	. . . 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 4118	. . . . . . . . 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 2544	. . . . . 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 2545	. . . 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 12720	. . . 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 3048	. . . . . 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 4118	. . . . . . . . . . . . 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 2544	. . . . . . . . . 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 2545	. . . . . . . 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 2544	. . . . . 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 4117	. . . . . . . 8 |- ( z = w -> ( z || d <-> w || d ) )
35		breq1 4117	. . . . . . . . 9 |- ( z = w -> ( z || a <-> w || a ) )
36		breq1 4117	. . . . . . . . 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 2780	. . . . . 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 12719	. . . . 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 2928	. . . 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 2928	. 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 1398   [wsb 1811   e. wcel 2205   A.wral 2522   E.wrex 2523   [.wsbc 3045   class class class wbr 4114  (class class class)co 6058   + caddc 8146   x. cmul 8148   NN0cn0 9513   ZZcz 9594   || cdvds 12498

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4230  ax-sep 4233  ax-nul 4241  ax-pow 4292  ax-pr 4327  ax-un 4559  ax-setind 4664  ax-iinf 4715  ax-cnex 8234  ax-resscn 8235  ax-1cn 8236  ax-1re 8237  ax-icn 8238  ax-addcl 8239  ax-addrcl 8240  ax-mulcl 8241  ax-mulrcl 8242  ax-addcom 8243  ax-mulcom 8244  ax-addass 8245  ax-mulass 8246  ax-distr 8247  ax-i2m1 8248  ax-0lt1 8249  ax-1rid 8250  ax-0id 8251  ax-rnegex 8252  ax-precex 8253  ax-cnre 8254  ax-pre-ltirr 8255  ax-pre-ltwlin 8256  ax-pre-lttrn 8257  ax-pre-apti 8258  ax-pre-ltadd 8259  ax-pre-mulgt0 8260  ax-pre-mulext 8261  ax-arch 8262

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-nel 2510  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rmo 2530  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3046  df-csb 3142  df-dif 3216  df-un 3218  df-in 3220  df-ss 3227  df-nul 3513  df-if 3625  df-pw 3676  df-sn 3700  df-pr 3701  df-op 3703  df-uni 3920  df-int 3955  df-iun 3998  df-br 4115  df-opab 4177  df-mpt 4178  df-tr 4214  df-id 4419  df-po 4422  df-iso 4423  df-iord 4492  df-on 4494  df-ilim 4495  df-suc 4497  df-iom 4718  df-xp 4760  df-rel 4761  df-cnv 4762  df-co 4763  df-dm 4764  df-rn 4765  df-res 4766  df-ima 4767  df-iota 5317  df-fun 5359  df-fn 5360  df-f 5361  df-f1 5362  df-fo 5363  df-f1o 5364  df-fv 5365  df-riota 6011  df-ov 6061  df-oprab 6062  df-mpo 6063  df-1st 6347  df-2nd 6348  df-recs 6549  df-frec 6635  df-pnf 8326  df-mnf 8327  df-xr 8328  df-ltxr 8329  df-le 8330  df-sub 8462  df-neg 8463  df-reap 8866  df-ap 8873  df-div 8964  df-inn 9255  df-2 9313  df-n0 9514  df-z 9595  df-uz 9872  df-q 9970  df-rp 10005  df-fz 10362  df-fl 10654  df-mod 10709  df-seqfrec 10834  df-exp 10925  df-cj 11552  df-re 11553  df-im 11554  df-rsqrt 11708  df-abs 11709  df-dvds 12499

This theorem is referenced by:  bezoutlemzz  12723