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Theorem fldivp1 12329
Description: The difference between the floors of adjacent fractions is either 1 or 0. (Contributed by Mario Carneiro, 8-Mar-2014.)
Assertion
Ref Expression
fldivp1  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  if ( N 
||  ( M  + 
1 ) ,  1 ,  0 ) )

Proof of Theorem fldivp1
StepHypRef Expression
1 nnz 9261 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  ZZ )
2 nnne0 8936 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  =/=  0 )
3 peano2z 9278 . . . . . . . . . 10  |-  ( M  e.  ZZ  ->  ( M  +  1 )  e.  ZZ )
43adantr 276 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  +  1 )  e.  ZZ )
5 dvdsval2 11781 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  ZZ  /\  N  =/=  0  /\  ( M  +  1 )  e.  ZZ )  -> 
( N  ||  ( M  +  1 )  <-> 
( ( M  + 
1 )  /  N
)  e.  ZZ ) )
61, 2, 4, 5syl2an23an 1299 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  ||  ( M  +  1 )  <-> 
( ( M  + 
1 )  /  N
)  e.  ZZ ) )
76biimpa 296 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( M  +  1 )  /  N )  e.  ZZ )
8 flid 10270 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  e.  ZZ  ->  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  =  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )
97, 8syl 14 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  =  ( ( M  +  1 )  /  N ) )
10 nnm1nn0 9206 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  -  1 )  e.  NN0 )
1110nn0red 9219 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  -  1 )  e.  RR )
1210nn0ge0d 9221 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  0  <_  ( N  -  1 ) )
13 nnre 8915 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  RR )
14 nngt0 8933 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  0  <  N )
15 divge0 8819 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( N  - 
1 )  e.  RR  /\  0  <_  ( N  -  1 ) )  /\  ( N  e.  RR  /\  0  < 
N ) )  -> 
0  <_  ( ( N  -  1 )  /  N ) )
1611, 12, 13, 14, 15syl22anc 1239 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  0  <_  ( ( N  - 
1 )  /  N
) )
1716ad2antlr 489 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  0  <_  ( ( N  -  1 )  /  N ) )
1813ltm1d 8878 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  -  1 )  <  N )
19 nncn 8916 . . . . . . . . . . 11  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  CC )
2019mulid1d 7965 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  x.  1 )  =  N )
2118, 20breqtrrd 4028 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  -  1 )  <  ( N  x.  1 ) )
22 1red 7963 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN  ->  1  e.  RR )
23 ltdivmul 8822 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( N  -  1 )  e.  RR  /\  1  e.  RR  /\  ( N  e.  RR  /\  0  <  N ) )  -> 
( ( ( N  -  1 )  /  N )  <  1  <->  ( N  -  1 )  <  ( N  x.  1 ) ) )
2411, 22, 13, 14, 23syl112anc 1242 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( ( N  - 
1 )  /  N
)  <  1  <->  ( N  -  1 )  < 
( N  x.  1 ) ) )
2521, 24mpbird 167 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( N  -  1 )  /  N )  <  1 )
2625ad2antlr 489 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( N  -  1 )  /  N )  <  1 )
2710nn0zd 9362 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  -  1 )  e.  ZZ )
28 znq 9613 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( N  -  1 )  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  - 
1 )  /  N
)  e.  QQ )
2927, 28mpancom 422 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( N  -  1 )  /  N )  e.  QQ )
3029ad2antlr 489 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( N  -  1 )  /  N )  e.  QQ )
31 flqbi2 10277 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( M  + 
1 )  /  N
)  e.  ZZ  /\  ( ( N  - 
1 )  /  N
)  e.  QQ )  ->  ( ( |_
`  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  - 
1 )  /  N
) ) )  =  ( ( M  + 
1 )  /  N
)  <->  ( 0  <_ 
( ( N  - 
1 )  /  N
)  /\  ( ( N  -  1 )  /  N )  <  1 ) ) )
327, 30, 31syl2anc 411 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( |_ `  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  - 
1 )  /  N
) ) )  =  ( ( M  + 
1 )  /  N
)  <->  ( 0  <_ 
( ( N  - 
1 )  /  N
)  /\  ( ( N  -  1 )  /  N )  <  1 ) ) )
3317, 26, 32mpbir2and 944 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( |_ `  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) ) )  =  ( ( M  +  1 )  /  N ) )
349, 33eqtr4d 2213 . . . . 5  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  =  ( |_ `  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) ) ) )
35 zcn 9247 . . . . . . . . . 10  |-  ( M  e.  ZZ  ->  M  e.  CC )
3635adantr 276 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  M  e.  CC )
3719adantl 277 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  CC )
38 nnap0 8937 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN  ->  N #  0 )
3938adantl 277 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  N #  0 )
4036, 37, 37, 39divdirapd 8775 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  +  N )  /  N
)  =  ( ( M  /  N )  +  ( N  /  N ) ) )
41 ax-1cn 7895 . . . . . . . . . . . 12  |-  1  e.  CC
4241a1i 9 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  1  e.  CC )
4336, 42, 37ppncand 8298 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  +  ( N  -  1 ) )  =  ( M  +  N ) )
4443oveq1d 5884 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  +  ( N  -  1 ) )  /  N
)  =  ( ( M  +  N )  /  N ) )
454zcnd 9365 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  +  1 )  e.  CC )
46 subcl 8146 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( N  -  1 )  e.  CC )
4719, 41, 46sylancl 413 . . . . . . . . . . 11  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  -  1 )  e.  CC )
4847adantl 277 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  -  1 )  e.  CC )
4945, 48, 37, 39divdirapd 8775 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  +  ( N  -  1 ) )  /  N
)  =  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) ) )
5044, 49eqtr3d 2212 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  +  N )  /  N
)  =  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) ) )
5137, 39dividapd 8732 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  /  N
)  =  1 )
5251oveq2d 5885 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  /  N )  +  ( N  /  N ) )  =  ( ( M  /  N )  +  1 ) )
5340, 50, 523eqtr3d 2218 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) )  =  ( ( M  /  N )  +  1 ) )
5453fveq2d 5515 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( |_ `  (
( ( M  + 
1 )  /  N
)  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) ) )  =  ( |_
`  ( ( M  /  N )  +  1 ) ) )
5554adantr 276 . . . . 5  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( |_ `  ( ( ( M  +  1 )  /  N )  +  ( ( N  -  1 )  /  N ) ) )  =  ( |_ `  ( ( M  /  N )  +  1 ) ) )
56 znq 9613 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  /  N
)  e.  QQ )
57 1z 9268 . . . . . . 7  |-  1  e.  ZZ
58 flqaddz 10283 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  /  N
)  e.  QQ  /\  1  e.  ZZ )  ->  ( |_ `  (
( M  /  N
)  +  1 ) )  =  ( ( |_ `  ( M  /  N ) )  +  1 ) )
5956, 57, 58sylancl 413 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( |_ `  (
( M  /  N
)  +  1 ) )  =  ( ( |_ `  ( M  /  N ) )  +  1 ) )
6059adantr 276 . . . . 5  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( |_ `  ( ( M  /  N )  +  1 ) )  =  ( ( |_ `  ( M  /  N ) )  +  1 ) )
6134, 55, 603eqtrrd 2215 . . . 4  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( |_ `  ( M  /  N ) )  +  1 )  =  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )
62 znq 9613 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( M  +  1 )  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  /  N
)  e.  QQ )
633, 62sylan 283 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  /  N
)  e.  QQ )
6463flqcld 10263 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  e.  ZZ )
6564zcnd 9365 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  e.  CC )
6656flqcld 10263 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( |_ `  ( M  /  N ) )  e.  ZZ )
6766zcnd 9365 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( |_ `  ( M  /  N ) )  e.  CC )
6865, 67, 42subaddd 8276 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( |_
`  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  1  <->  (
( |_ `  ( M  /  N ) )  +  1 )  =  ( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) ) ) )
6968adantr 276 . . . 4  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( (
( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_
`  ( M  /  N ) ) )  =  1  <->  ( ( |_ `  ( M  /  N ) )  +  1 )  =  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) )
7061, 69mpbird 167 . . 3  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  1 )
71 iftrue 3539 . . . 4  |-  ( N 
||  ( M  + 
1 )  ->  if ( N  ||  ( M  +  1 ) ,  1 ,  0 )  =  1 )
7271adantl 277 . . 3  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  if ( N  ||  ( M  + 
1 ) ,  1 ,  0 )  =  1 )
7370, 72eqtr4d 2213 . 2  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  N  ||  ( M  +  1 ) )  ->  ( ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  if ( N  ||  ( M  +  1 ) ,  1 ,  0 ) )
74 zmodcl 10330 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( M  +  1 )  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  NN0 )
753, 74sylan 283 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  NN0 )
7675nn0red 9219 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  RR )
77 1re 7947 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  RR
78 resubcl 8211 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  RR  /\  1  e.  RR )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  e.  RR )
7976, 77, 78sylancl 413 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  e.  RR )
8079adantr 276 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  e.  RR )
8175nn0zd 9362 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  ZZ )
82 elnndc 9601 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  ZZ  -> DECID  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  NN )
8381, 82syl 14 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  -> DECID  ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN )
84 elnn0 9167 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN0  <->  ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN  \/  ( ( M  +  1 )  mod  N )  =  0 ) )
8575, 84sylib 122 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  e.  NN  \/  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  =  0 ) )
8685ord 724 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( -.  ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN  ->  ( ( M  +  1 )  mod  N )  =  0 ) )
87 id 19 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  NN )
88 dvdsval3 11782 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( M  +  1
)  e.  ZZ )  ->  ( N  ||  ( M  +  1
)  <->  ( ( M  +  1 )  mod 
N )  =  0 ) )
8987, 3, 88syl2anr 290 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  ||  ( M  +  1 )  <-> 
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  =  0 ) )
9086, 89sylibrd 169 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( -.  ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN  ->  N  ||  ( M  +  1 ) ) )
91 con1dc 856 . . . . . . . . . . 11  |-  (DECID  ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN  ->  ( ( -.  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  e.  NN  ->  N 
||  ( M  + 
1 ) )  -> 
( -.  N  ||  ( M  +  1
)  ->  ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN ) ) )
9283, 90, 91sylc 62 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( -.  N  ||  ( M  +  1
)  ->  ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN ) )
9392imp 124 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN )
94 nnm1nn0 9206 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  NN  ->  (
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  e.  NN0 )
9593, 94syl 14 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  e.  NN0 )
9695nn0ge0d 9221 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  0  <_  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 ) )
9713, 14jca 306 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N  e.  RR  /\  0  <  N ) )
9897ad2antlr 489 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  ( N  e.  RR  /\  0  <  N ) )
99 divge0 8819 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  e.  RR  /\  0  <_  ( (
( M  +  1 )  mod  N )  -  1 ) )  /\  ( N  e.  RR  /\  0  < 
N ) )  -> 
0  <_  ( (
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  /  N ) )
10080, 96, 98, 99syl21anc 1237 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  0  <_  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
) )
10113adantl 277 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  RR )
10276ltm1d 8878 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  <  ( ( M  +  1 )  mod  N ) )
103 zq 9615 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( M  +  1 )  e.  ZZ  ->  ( M  +  1 )  e.  QQ )
1043, 103syl 14 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( M  e.  ZZ  ->  ( M  +  1 )  e.  QQ )
105104adantr 276 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  +  1 )  e.  QQ )
106 nnq 9622 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  QQ )
107106adantl 277 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  QQ )
10814adantl 277 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  N )
109 modqlt 10319 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( M  +  1 )  e.  QQ  /\  N  e.  QQ  /\  0  <  N )  ->  (
( M  +  1 )  mod  N )  <  N )
110105, 107, 108, 109syl3anc 1238 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  <  N )
11179, 76, 101, 102, 110lttrd 8073 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  <  N )
11237mulid1d 7965 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  x.  1 )  =  N )
113111, 112breqtrrd 4028 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  <  ( N  x.  1 ) )
114 1red 7963 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  1  e.  RR )
115 ltdivmul 8822 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  e.  RR  /\  1  e.  RR  /\  ( N  e.  RR  /\  0  <  N ) )  -> 
( ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  -  1 )  /  N )  <  1  <->  ( ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  <  ( N  x.  1 ) ) )
11679, 114, 101, 108, 115syl112anc 1242 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  -  1 )  /  N )  <  1  <->  ( ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  <  ( N  x.  1 ) ) )
117113, 116mpbird 167 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  <  1 )
118117adantr 276 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  /  N )  <  1 )
119 peano2zm 9280 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  e.  ZZ  ->  (
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  e.  ZZ )
12081, 119syl 14 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  e.  ZZ )
121 znq 9613 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  e.  QQ )
122120, 121sylancom 420 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  e.  QQ )
123 flqbi2 10277 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  e.  ZZ  /\  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  e.  QQ )  ->  ( ( |_
`  ( ( |_
`  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  +  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
) ) )  =  ( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  <->  ( 0  <_ 
( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  /\  ( (
( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  /  N )  <  1 ) ) )
12464, 122, 123syl2anc 411 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( |_ `  ( ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  +  ( ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  /  N ) ) )  =  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  <-> 
( 0  <_  (
( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  /  N )  /\  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  -  1 )  /  N )  <  1
) ) )
125124adantr 276 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( |_ `  (
( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  +  ( ( ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  /  N ) ) )  =  ( |_
`  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  <->  ( 0  <_  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  -  1 )  /  N )  /\  (
( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  /  N )  <  1 ) ) )
126100, 118, 125mpbir2and 944 . . . . 5  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  ( |_ `  ( ( |_
`  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  +  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
) ) )  =  ( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) ) )
127 modqval 10310 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( M  +  1 )  e.  QQ  /\  N  e.  QQ  /\  0  <  N )  ->  (
( M  +  1 )  mod  N )  =  ( ( M  +  1 )  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) ) )
128105, 107, 108, 127syl3anc 1238 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  =  ( ( M  +  1 )  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) ) )
129128oveq1d 5884 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  =  ( ( ( M  +  1 )  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) ) ) )  -  1 ) )
13037, 65mulcld 7968 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )  e.  CC )
13145, 42, 130sub32d 8290 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  - 
1 )  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) ) ) )  =  ( ( ( M  +  1 )  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) )  -  1 ) )
132 pncan 8153 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( M  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( ( M  + 
1 )  -  1 )  =  M )
13336, 41, 132sylancl 413 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  + 
1 )  -  1 )  =  M )
134133oveq1d 5884 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  - 
1 )  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) ) ) )  =  ( M  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) ) )
135129, 131, 1343eqtr2d 2216 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  =  ( M  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) ) )
136135oveq1d 5884 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  =  ( ( M  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) ) ) )  /  N ) )
13736, 130, 37, 39divsubdirapd 8776 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  -  ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) )  /  N )  =  ( ( M  /  N )  -  ( ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )  /  N ) ) )
13865, 37, 39divcanap3d 8741 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )  /  N )  =  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) ) )
139138oveq2d 5885 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  /  N )  -  (
( N  x.  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )  /  N ) )  =  ( ( M  /  N )  -  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) ) )
140136, 137, 1393eqtrrd 2215 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  /  N )  -  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )  =  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  -  1 )  /  N ) )
141 zre 9246 . . . . . . . . . . 11  |-  ( M  e.  ZZ  ->  M  e.  RR )
142 nndivre 8944 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  RR  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  /  N
)  e.  RR )
143141, 142sylan 283 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  /  N
)  e.  RR )
144143recnd 7976 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  /  N
)  e.  CC )
145 nndivre 8944 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  e.  RR  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  e.  RR )
14679, 145sylancom 420 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  e.  RR )
147146recnd 7976 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
)  e.  CC )
148144, 65, 147subaddd 8276 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  /  N )  -  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) ) )  =  ( ( ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  /  N )  <->  ( ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  +  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
) )  =  ( M  /  N ) ) )
149140, 148mpbid 147 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  +  ( ( ( ( M  +  1 )  mod 
N )  -  1 )  /  N ) )  =  ( M  /  N ) )
150149adantr 276 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  +  ( ( ( ( M  + 
1 )  mod  N
)  -  1 )  /  N ) )  =  ( M  /  N ) )
151150fveq2d 5515 . . . . 5  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  ( |_ `  ( ( |_
`  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  +  ( ( ( ( M  +  1 )  mod  N )  - 
1 )  /  N
) ) )  =  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )
152126, 151eqtr3d 2212 . . . 4  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  =  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )
15365, 67subeq0ad 8268 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( |_
`  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  0  <->  ( |_ `  ( ( M  +  1 )  /  N ) )  =  ( |_ `  ( M  /  N ) ) ) )
154153adantr 276 . . . 4  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  0  <->  ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  =  ( |_ `  ( M  /  N ) ) ) )
155152, 154mpbird 167 . . 3  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_
`  ( M  /  N ) ) )  =  0 )
156 iffalse 3542 . . . 4  |-  ( -.  N  ||  ( M  +  1 )  ->  if ( N  ||  ( M  +  1 ) ,  1 ,  0 )  =  0 )
157156adantl 277 . . 3  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  if ( N  ||  ( M  +  1 ) ,  1 ,  0 )  =  0 )
158155, 157eqtr4d 2213 . 2  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  /\  -.  N  ||  ( M  +  1
) )  ->  (
( |_ `  (
( M  +  1 )  /  N ) )  -  ( |_
`  ( M  /  N ) ) )  =  if ( N 
||  ( M  + 
1 ) ,  1 ,  0 ) )
159 simpr 110 . . . 4  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  NN )
160 dvdsdc 11789 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( M  +  1
)  e.  ZZ )  -> DECID 
N  ||  ( M  +  1 ) )
161159, 4, 160syl2anc 411 . . 3  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  -> DECID  N 
||  ( M  + 
1 ) )
162 exmiddc 836 . . 3  |-  (DECID  N  ||  ( M  +  1
)  ->  ( N  ||  ( M  +  1 )  \/  -.  N  ||  ( M  +  1 ) ) )
163161, 162syl 14 . 2  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  ||  ( M  +  1 )  \/  -.  N  ||  ( M  +  1
) ) )
16473, 158, 163mpjaodan 798 1  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( |_ `  ( ( M  + 
1 )  /  N
) )  -  ( |_ `  ( M  /  N ) ) )  =  if ( N 
||  ( M  + 
1 ) ,  1 ,  0 ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 104    <-> wb 105    \/ wo 708  DECID wdc 834    = wceq 1353    e. wcel 2148    =/= wne 2347   ifcif 3534   class class class wbr 4000   ` cfv 5212  (class class class)co 5869   CCcc 7800   RRcr 7801   0cc0 7802   1c1 7803    + caddc 7805    x. cmul 7807    < clt 7982    <_ cle 7983    - cmin 8118   # cap 8528    / cdiv 8618   NNcn 8908   NN0cn0 9165   ZZcz 9242   QQcq 9608   |_cfl 10254    mod cmo 10308    || cdvds 11778
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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4118  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-cnex 7893  ax-resscn 7894  ax-1cn 7895  ax-1re 7896  ax-icn 7897  ax-addcl 7898  ax-addrcl 7899  ax-mulcl 7900  ax-mulrcl 7901  ax-addcom 7902  ax-mulcom 7903  ax-addass 7904  ax-mulass 7905  ax-distr 7906  ax-i2m1 7907  ax-0lt1 7908  ax-1rid 7909  ax-0id 7910  ax-rnegex 7911  ax-precex 7912  ax-cnre 7913  ax-pre-ltirr 7914  ax-pre-ltwlin 7915  ax-pre-lttrn 7916  ax-pre-apti 7917  ax-pre-ltadd 7918  ax-pre-mulgt0 7919  ax-pre-mulext 7920  ax-arch 7921
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 831  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-int 3843  df-iun 3886  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-id 4290  df-po 4293  df-iso 4294  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-res 4635  df-ima 4636  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-fv 5220  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1st 6135  df-2nd 6136  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-xr 7986  df-ltxr 7987  df-le 7988  df-sub 8120  df-neg 8121  df-reap 8522  df-ap 8529  df-div 8619  df-inn 8909  df-n0 9166  df-z 9243  df-uz 9518  df-q 9609  df-rp 9641  df-fl 10256  df-mod 10309  df-dvds 11779
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