ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  eulerth Unicode version

Theorem eulerth 13041
Description: Euler's theorem, a generalization of Fermat's little theorem. If  A and  N are coprime, then  A ^ phi ( N )  ==  1 (mod  N). This is Metamath 100 proof #10. Also called Euler-Fermat theorem, see theorem 5.17 in [ApostolNT] p. 113. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Feb-2014.)
Assertion
Ref Expression
eulerth  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( A ^ ( phi `  N ) )  mod  N )  =  ( 1  mod  N
) )

Proof of Theorem eulerth
Dummy variables  f  y  k are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 phicl 13023 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  e.  NN )
21nnnn0d 9632 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  e. 
NN0 )
3 hashfz1 11245 . . . . . . 7  |-  ( ( phi `  N )  e.  NN0  ->  (♯ `  (
1 ... ( phi `  N ) ) )  =  ( phi `  N ) )
42, 3syl 14 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  (♯ `  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  =  ( phi `  N ) )
5 dfphi2 13028 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  =  (♯ `  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd 
N )  =  1 } ) )
64, 5eqtrd 2271 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN  ->  (♯ `  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  =  (♯ `  {
k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } ) )
763ad2ant1 1049 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (♯ `  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  =  (♯ `  {
k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } ) )
8 1zzd 9683 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  1  e.  ZZ )
913ad2ant1 1049 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( phi `  N )  e.  NN )
109nnzd 9779 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( phi `  N )  e.  ZZ )
118, 10fzfigd 10890 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
1 ... ( phi `  N ) )  e. 
Fin )
12 id 19 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
13 oveq1 6095 . . . . . . . 8  |-  ( k  =  y  ->  (
k  gcd  N )  =  ( y  gcd 
N ) )
1413eqeq1d 2247 . . . . . . 7  |-  ( k  =  y  ->  (
( k  gcd  N
)  =  1  <->  (
y  gcd  N )  =  1 ) )
1514cbvrabv 2820 . . . . . 6  |-  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 }  =  {
y  e.  ( 0..^ N )  |  ( y  gcd  N )  =  1 }
1612, 15eulerthlemfi 13036 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 }  e.  Fin )
17 hashen 11246 . . . . 5  |-  ( ( ( 1 ... ( phi `  N ) )  e.  Fin  /\  {
k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 }  e.  Fin )  ->  ( (♯ `  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  =  (♯ `  {
k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } )  <-> 
( 1 ... ( phi `  N ) ) 
~~  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd 
N )  =  1 } ) )
1811, 16, 17syl2anc 415 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
(♯ `  ( 1 ... ( phi `  N
) ) )  =  (♯ `  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd 
N )  =  1 } )  <->  ( 1 ... ( phi `  N ) )  ~~  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } ) )
197, 18mpbid 147 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
1 ... ( phi `  N ) )  ~~  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } )
20 bren 7035 . . 3  |-  ( ( 1 ... ( phi `  N ) )  ~~  { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 }  <->  E. f 
f : ( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } )
2119, 20sylib 122 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  E. f 
f : ( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } )
22 simpl 109 . . 3  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  f : ( 1 ... ( phi `  N
) ) -1-1-onto-> { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N
)  =  1 } )  ->  ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
23 simpr 110 . . 3  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  f : ( 1 ... ( phi `  N
) ) -1-1-onto-> { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N
)  =  1 } )  ->  f :
( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N )  =  1 } )
2422, 15, 23eulerthlemth 13040 . 2  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  f : ( 1 ... ( phi `  N
) ) -1-1-onto-> { k  e.  ( 0..^ N )  |  ( k  gcd  N
)  =  1 } )  ->  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  mod 
N )  =  ( 1  mod  N ) )
2521, 24exlimddv 1954 1  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( A ^ ( phi `  N ) )  mod  N )  =  ( 1  mod  N
) )
Colors of variables:    wff set class
This proof depends on syntax axioms:    -> wi 4    /\ wa 104    <-> wb 105    /\ w3a 1009    = wceq 1402   E.wex 1545    e. wcel 2209   {crab 2532   class class class wbr 4131   -1-1-onto->wf1o 5379   ` cfv 5380  (class class class)co 6088    ~~ cen 7025   Fincfn 7027   0cc0 8186   1c1 8187   NNcn 9314   NN0cn0 9575   ZZcz 9656   ...cfz 10429  ..^cfzo 10567    mod cmo 10781   ^cexp 10997  ♯chash 11237    gcd cgcd 12756   phicphi 13017
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4248  ax-sep 4251  ax-nul 4261  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-iinf 4737  ax-cnex 8277  ax-resscn 8278  ax-1cn 8279  ax-1re 8280  ax-icn 8281  ax-addcl 8282  ax-addrcl 8283  ax-mulcl 8284  ax-mulrcl 8285  ax-addcom 8286  ax-mulcom 8287  ax-addass 8288  ax-mulass 8289  ax-distr 8290  ax-i2m1 8291  ax-0lt1 8292  ax-1rid 8293  ax-0id 8294  ax-rnegex 8295  ax-precex 8296  ax-cnre 8297  ax-pre-ltirr 8298  ax-pre-ltwlin 8299  ax-pre-lttrn 8300  ax-pre-apti 8301  ax-pre-ltadd 8302  ax-pre-mulgt0 8303  ax-pre-mulext 8304  ax-arch 8305  ax-caucvg 8306
This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 843  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-tr 4232  df-id 4440  df-po 4443  df-iso 4444  df-iord 4513  df-on 4515  df-ilim 4516  df-suc 4518  df-iom 4740  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-isom 5389  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-recs 6580  df-irdg 6645  df-frec 6666  df-1o 6691  df-oadd 6695  df-er 6811  df-en 7028  df-dom 7029  df-fin 7030  df-sup 7331  df-pnf 8369  df-mnf 8370  df-xr 8371  df-ltxr 8372  df-le 8373  df-sub 8507  df-neg 8508  df-reap 8912  df-ap 8919  df-div 9012  df-inn 9315  df-2 9373  df-3 9374  df-4 9375  df-n0 9576  df-z 9657  df-uz 9939  df-q 10037  df-rp 10073  df-fz 10430  df-fzo 10568  df-fl 10723  df-mod 10782  df-seqfrec 10907  df-exp 10998  df-ihash 11238  df-cj 11630  df-re 11631  df-im 11632  df-rsqrt 11787  df-abs 11788  df-clim 12071  df-proddc 12344  df-dvds 12581  df-gcd 12757  df-phi 13019
This theorem is used by:  fermltl  13042  prmdiv  13043  odzcllem  13051  odzphi  13055  vfermltl  13060  lgslem1  16336
  Copyright terms: Public domain W3C validator