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Theorem eulerthlemth 12806
Description: Lemma for eulerth 12807. The result. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Feb-2014.) (Revised by Jim Kingdon, 2-Sep-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
eulerth.1  |-  ( ph  ->  ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
eulerth.2  |-  S  =  { y  e.  ( 0..^ N )  |  ( y  gcd  N
)  =  1 }
eulerth.4  |-  ( ph  ->  F : ( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> S )
Assertion
Ref Expression
eulerthlemth  |-  ( ph  ->  ( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N ) )
Distinct variable groups:    y, A    y, F    y, N    ph, y
Allowed substitution hint:    S( y)

Proof of Theorem eulerthlemth
Dummy variables  u  v  x  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eulerth.1 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
2 eulerth.2 . . . . . 6  |-  S  =  { y  e.  ( 0..^ N )  |  ( y  gcd  N
)  =  1 }
3 eulerth.4 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  F : ( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> S )
41, 2, 3eulerthlema 12804 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  mod  N )  =  ( prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N )  mod  N ) )
51simp1d 1035 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
61simp2d 1036 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  A  e.  ZZ )
75phicld 12792 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( phi `  N
)  e.  NN )
87nnnn0d 9455 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( phi `  N
)  e.  NN0 )
9 zexpcl 10817 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  ZZ  /\  ( phi `  N )  e.  NN0 )  -> 
( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ )
106, 8, 9syl2anc 411 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ )
11 1zzd 9506 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  1  e.  ZZ )
127nnzd 9601 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( phi `  N
)  e.  ZZ )
1311, 12fzfigd 10694 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( 1 ... ( phi `  N ) )  e.  Fin )
14 ssrab2 3312 . . . . . . . . . . 11  |-  { y  e.  ( 0..^ N )  |  ( y  gcd  N )  =  1 }  C_  (
0..^ N )
152, 14eqsstri 3259 . . . . . . . . . 10  |-  S  C_  ( 0..^ N )
16 fzo0ssnn0 10461 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 0..^ N )  C_  NN0
17 nn0ssz 9497 . . . . . . . . . . 11  |-  NN0  C_  ZZ
1816, 17sstri 3236 . . . . . . . . . 10  |-  ( 0..^ N )  C_  ZZ
1915, 18sstri 3236 . . . . . . . . 9  |-  S  C_  ZZ
20 f1of 5583 . . . . . . . . . . 11  |-  ( F : ( 1 ... ( phi `  N
) ) -1-1-onto-> S  ->  F :
( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S )
213, 20syl 14 . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  F : ( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S )
2221ffvelcdmda 5782 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( F `  x )  e.  S
)
2319, 22sselid 3225 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( F `  x )  e.  ZZ )
2413, 23fprodzcl 12172 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  e.  ZZ )
2510, 24zmulcld 9608 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( A ^
( phi `  N
) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  e.  ZZ )
26 fveq2 5639 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N ) )  ->  ( F `  z )  =  ( F `  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) ) ) )
27 eqid 2231 . . . . . . . . . 10  |-  ( `' F  o.  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) )  |->  ( ( A  x.  ( F `
 y ) )  mod  N ) ) )  =  ( `' F  o.  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) )  |->  ( ( A  x.  ( F `
 y ) )  mod  N ) ) )
281, 2, 3, 27eulerthlemh 12805 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  ( `' F  o.  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) ) : ( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> ( 1 ... ( phi `  N ) ) )
29 eqid 2231 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( 1 ... ( phi `  N ) )  =  ( 1 ... ( phi `  N ) )
30 fveq2 5639 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( v  =  u  ->  ( F `  v )  =  ( F `  u ) )
3130oveq2d 6034 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( v  =  u  ->  ( A  x.  ( F `  v ) )  =  ( A  x.  ( F `  u )
) )
3231oveq1d 6033 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( v  =  u  ->  (
( A  x.  ( F `  v )
)  mod  N )  =  ( ( A  x.  ( F `  u ) )  mod 
N ) )
3332cbvmptv 4185 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( v  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) )  |->  ( ( A  x.  ( F `
 v ) )  mod  N ) )  =  ( u  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) 
|->  ( ( A  x.  ( F `  u ) )  mod  N ) )
341, 2, 29, 3, 33eulerthlem1 12801 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ph  ->  ( v  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  v )
)  mod  N )
) : ( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S )
35 fveq2 5639 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( v  =  y  ->  ( F `  v )  =  ( F `  y ) )
3635oveq2d 6034 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( v  =  y  ->  ( A  x.  ( F `  v ) )  =  ( A  x.  ( F `  y )
) )
3736oveq1d 6033 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( v  =  y  ->  (
( A  x.  ( F `  v )
)  mod  N )  =  ( ( A  x.  ( F `  y ) )  mod 
N ) )
3837cbvmptv 4185 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( v  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) )  |->  ( ( A  x.  ( F `
 v ) )  mod  N ) )  =  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) 
|->  ( ( A  x.  ( F `  y ) )  mod  N ) )
3938feq1i 5475 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( v  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  v )
)  mod  N )
) : ( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S  <-> 
( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) : ( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S )
4034, 39sylib 122 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ph  ->  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) : ( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S )
41 fvco3 5717 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) : ( 1 ... ( phi `  N ) ) --> S  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( `' F  o.  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) )  |->  ( ( A  x.  ( F `
 y ) )  mod  N ) ) ) `  x )  =  ( `' F `  ( ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) 
|->  ( ( A  x.  ( F `  y ) )  mod  N ) ) `  x ) ) )
4240, 41sylan 283 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( `' F  o.  (
y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) ) `  x
)  =  ( `' F `  ( ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) `  x )
) )
43 eqid 2231 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) )  |->  ( ( A  x.  ( F `
 y ) )  mod  N ) )  =  ( y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) 
|->  ( ( A  x.  ( F `  y ) )  mod  N ) )
44 fveq2 5639 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( y  =  x  ->  ( F `  y )  =  ( F `  x ) )
4544oveq2d 6034 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  =  x  ->  ( A  x.  ( F `  y ) )  =  ( A  x.  ( F `  x )
) )
4645oveq1d 6033 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  =  x  ->  (
( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )  =  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N ) )
47 simpr 110 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )
486adantr 276 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  A  e.  ZZ )
4948, 23zmulcld 9608 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( A  x.  ( F `  x
) )  e.  ZZ )
505adantr 276 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  N  e.  NN )
51 zmodfzo 10610 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A  x.  ( F `  x )
)  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N )  e.  ( 0..^ N ) )
5249, 50, 51syl2anc 411 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N )  e.  ( 0..^ N ) )
5343, 46, 47, 52fvmptd3 5740 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( (
y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) `  x )  =  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N ) )
5453fveq2d 5643 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( `' F `  ( (
y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) `  x )
)  =  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) ) )
5542, 54eqtrd 2264 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( `' F  o.  (
y  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) )  |->  ( ( A  x.  ( F `  y )
)  mod  N )
) ) `  x
)  =  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) ) )
5621ffvelcdmda 5782 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( F `  z )  e.  S
)
5719, 56sselid 3225 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( F `  z )  e.  ZZ )
5857zcnd 9603 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( F `  z )  e.  CC )
5926, 13, 28, 55, 58fprodf1o 12151 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  prod_ z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  z )  =  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) ) ) )
603adantr 276 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  F :
( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> S )
61 modgcd 12564 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A  x.  ( F `  x )
)  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N )  gcd  N
)  =  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  gcd  N ) )
6249, 50, 61syl2anc 411 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( (
( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )  gcd  N )  =  ( ( A  x.  ( F `  x )
)  gcd  N )
)
6350nnzd 9601 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  N  e.  ZZ )
6463, 49gcdcomd 12547 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( N  gcd  ( A  x.  ( F `  x )
) )  =  ( ( A  x.  ( F `  x )
)  gcd  N )
)
655nnzd 9601 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ph  ->  N  e.  ZZ )
666, 65gcdcomd 12547 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ph  ->  ( A  gcd  N
)  =  ( N  gcd  A ) )
671simp3d 1037 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ph  ->  ( A  gcd  N
)  =  1 )
6866, 67eqtr3d 2266 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ph  ->  ( N  gcd  A
)  =  1 )
6968adantr 276 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( N  gcd  A )  =  1 )
7023, 63gcdcomd 12547 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( F `  x )  gcd  N )  =  ( N  gcd  ( F `
 x ) ) )
71 oveq1 6025 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( y  =  ( F `  x )  ->  (
y  gcd  N )  =  ( ( F `
 x )  gcd 
N ) )
7271eqeq1d 2240 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( y  =  ( F `  x )  ->  (
( y  gcd  N
)  =  1  <->  (
( F `  x
)  gcd  N )  =  1 ) )
7372, 2elrab2 2965 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( F `  x )  e.  S  <->  ( ( F `  x )  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( F `
 x )  gcd 
N )  =  1 ) )
7422, 73sylib 122 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( F `  x )  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( F `
 x )  gcd 
N )  =  1 ) )
7574simprd 114 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( F `  x )  gcd  N )  =  1 )
7670, 75eqtr3d 2266 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( N  gcd  ( F `  x
) )  =  1 )
77 rpmul 12672 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( N  e.  ZZ  /\  A  e.  ZZ  /\  ( F `  x )  e.  ZZ )  ->  (
( ( N  gcd  A )  =  1  /\  ( N  gcd  ( F `  x )
)  =  1 )  ->  ( N  gcd  ( A  x.  ( F `  x )
) )  =  1 ) )
7863, 48, 23, 77syl3anc 1273 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( (
( N  gcd  A
)  =  1  /\  ( N  gcd  ( F `  x )
)  =  1 )  ->  ( N  gcd  ( A  x.  ( F `  x )
) )  =  1 ) )
7969, 76, 78mp2and 433 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( N  gcd  ( A  x.  ( F `  x )
) )  =  1 )
8062, 64, 793eqtr2d 2270 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( (
( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )  gcd  N )  =  1 )
81 oveq1 6025 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  =  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N )  ->  (
y  gcd  N )  =  ( ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N )  gcd 
N ) )
8281eqeq1d 2240 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  =  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N )  ->  (
( y  gcd  N
)  =  1  <->  (
( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N )  gcd  N )  =  1 ) )
8382, 2elrab2 2965 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )  e.  S  <->  ( ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N )  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N )  gcd 
N )  =  1 ) )
8452, 80, 83sylanbrc 417 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod 
N )  e.  S
)
85 f1ocnvfv2 5919 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( F : ( 1 ... ( phi `  N ) ) -1-1-onto-> S  /\  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N )  e.  S )  -> 
( F `  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) ) )  =  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) )
8660, 84, 85syl2anc 411 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) )  ->  ( F `  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N ) ) )  =  ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )
)
8786prodeq2dv 12129 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  ( `' F `  ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N ) ) )  =  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N ) )
8859, 87eqtr2d 2265 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )  =  prod_ z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  z ) )
89 fveq2 5639 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  x  ->  ( F `  z )  =  ( F `  x ) )
9089cbvprodv 12122 . . . . . . . 8  |-  prod_ z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  z
)  =  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x
)
9190, 24eqeltrid 2318 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  prod_ z  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  z )  e.  ZZ )
9288, 91eqeltrd 2308 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )  e.  ZZ )
93 moddvds 12362 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( ( A ^
( phi `  N
) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  e.  ZZ  /\  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( ( A  x.  ( F `
 x ) )  mod  N )  e.  ZZ )  ->  (
( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  mod  N )  =  ( prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N )  mod  N )  <->  N  ||  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  -  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )
) ) )
945, 25, 92, 93syl3anc 1273 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  mod  N )  =  ( prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N )  mod  N )  <->  N  ||  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  -  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )
) ) )
954, 94mpbid 147 . . . 4  |-  ( ph  ->  N  ||  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  -  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N ) ) )
9624zcnd 9603 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  e.  CC )
9796mulid2d 8198 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( 1  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  =  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )
9890, 88, 973eqtr4a 2290 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x )
)  mod  N )  =  ( 1  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) ) )
9998oveq2d 6034 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  -  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N ) )  =  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  -  ( 1  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) ) ) )
10010zcnd 9603 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  CC )
101 ax-1cn 8125 . . . . . . 7  |-  1  e.  CC
102 subdir 8565 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  CC  /\  1  e.  CC  /\  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x
)  e.  CC )  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  =  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  -  ( 1  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) ) ) )
103101, 102mp3an2 1361 . . . . . 6  |-  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  CC  /\  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x )  e.  CC )  ->  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  -  1 )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x
) )  =  ( ( ( A ^
( phi `  N
) )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  -  ( 1  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) ) ) )
104100, 96, 103syl2anc 411 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  =  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  -  ( 1  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) ) ) )
10510, 11zsubcld 9607 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( ( A ^
( phi `  N
) )  -  1 )  e.  ZZ )
106105zcnd 9603 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( ( A ^
( phi `  N
) )  -  1 )  e.  CC )
107106, 96mulcomd 8201 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 )  x.  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  =  ( prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x
)  x.  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) ) )
10899, 104, 1073eqtr2d 2270 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  x. 
prod_ x  e.  (
1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x ) )  -  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( ( A  x.  ( F `  x ) )  mod  N ) )  =  ( prod_
x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  x.  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) ) )
10995, 108breqtrd 4114 . . 3  |-  ( ph  ->  N  ||  ( prod_
x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  x.  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) ) )
1101, 2, 3eulerthlemrprm 12803 . . 3  |-  ( ph  ->  ( N  gcd  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N
) ) ( F `
 x ) )  =  1 )
111 coprmdvds 12666 . . . 4  |-  ( ( N  e.  ZZ  /\  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  e.  ZZ  /\  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 )  e.  ZZ )  ->  (
( N  ||  ( prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  x.  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) )  /\  ( N  gcd  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x
) )  =  1 )  ->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
11265, 24, 105, 111syl3anc 1273 . . 3  |-  ( ph  ->  ( ( N  ||  ( prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x )  x.  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) )  /\  ( N  gcd  prod_ x  e.  ( 1 ... ( phi `  N ) ) ( F `  x
) )  =  1 )  ->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
113109, 110, 112mp2and 433 . 2  |-  ( ph  ->  N  ||  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) )
114 1z 9505 . . . 4  |-  1  e.  ZZ
115 moddvds 12362 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ  /\  1  e.  ZZ )  ->  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N )  <->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
116114, 115mp3an3 1362 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ )  ->  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N )  <->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
1175, 10, 116syl2anc 411 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( ( A ^ ( phi `  N ) )  mod 
N )  =  ( 1  mod  N )  <-> 
N  ||  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) ) )
118113, 117mpbird 167 1  |-  ( ph  ->  ( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 104    <-> wb 105    /\ w3a 1004    = wceq 1397    e. wcel 2202   {crab 2514   class class class wbr 4088    |-> cmpt 4150   `'ccnv 4724    o. ccom 4729   -->wf 5322   -1-1-onto->wf1o 5325   ` cfv 5326  (class class class)co 6018   CCcc 8030   0cc0 8032   1c1 8033    x. cmul 8037    - cmin 8350   NNcn 9143   NN0cn0 9402   ZZcz 9479   ...cfz 10243  ..^cfzo 10377    mod cmo 10585   ^cexp 10801   prod_cprod 12113    || cdvds 12350    gcd cgcd 12526   phicphi 12783
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 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4204  ax-sep 4207  ax-nul 4215  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-iinf 4686  ax-cnex 8123  ax-resscn 8124  ax-1cn 8125  ax-1re 8126  ax-icn 8127  ax-addcl 8128  ax-addrcl 8129  ax-mulcl 8130  ax-mulrcl 8131  ax-addcom 8132  ax-mulcom 8133  ax-addass 8134  ax-mulass 8135  ax-distr 8136  ax-i2m1 8137  ax-0lt1 8138  ax-1rid 8139  ax-0id 8140  ax-rnegex 8141  ax-precex 8142  ax-cnre 8143  ax-pre-ltirr 8144  ax-pre-ltwlin 8145  ax-pre-lttrn 8146  ax-pre-apti 8147  ax-pre-ltadd 8148  ax-pre-mulgt0 8149  ax-pre-mulext 8150  ax-arch 8151  ax-caucvg 8152
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 838  df-dc 842  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-if 3606  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-iun 3972  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-tr 4188  df-id 4390  df-po 4393  df-iso 4394  df-iord 4463  df-on 4465  df-ilim 4466  df-suc 4468  df-iom 4689  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-f1 5331  df-fo 5332  df-f1o 5333  df-fv 5334  df-isom 5335  df-riota 5971  df-ov 6021  df-oprab 6022  df-mpo 6023  df-1st 6303  df-2nd 6304  df-recs 6471  df-irdg 6536  df-frec 6557  df-1o 6582  df-oadd 6586  df-er 6702  df-en 6910  df-dom 6911  df-fin 6912  df-sup 7183  df-pnf 8216  df-mnf 8217  df-xr 8218  df-ltxr 8219  df-le 8220  df-sub 8352  df-neg 8353  df-reap 8755  df-ap 8762  df-div 8853  df-inn 9144  df-2 9202  df-3 9203  df-4 9204  df-n0 9403  df-z 9480  df-uz 9756  df-q 9854  df-rp 9889  df-fz 10244  df-fzo 10378  df-fl 10531  df-mod 10586  df-seqfrec 10711  df-exp 10802  df-ihash 11039  df-cj 11404  df-re 11405  df-im 11406  df-rsqrt 11560  df-abs 11561  df-clim 11841  df-proddc 12114  df-dvds 12351  df-gcd 12527  df-phi 12785
This theorem is referenced by:  eulerth  12807
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