Theorem hashgcdeq 12241

Description: Number of initial positive integers with specified divisors. (Contributed by Stefan O'Rear, 12-Sep-2015.)

Assertion

Ref	Expression
hashgcdeq	|- ( ( M e. NN /\ N e. NN ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = if ( N || M , ( phi ` ( M / N ) ) , 0 ) )

Distinct variable groups:   x, M   x, N

Proof of Theorem hashgcdeq

Dummy variables z y are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqeq2 2187	. 2 |- ( ( phi ` ( M / N ) ) = if ( N || M , ( phi ` ( M / N ) ) , 0 ) -> ( (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = ( phi ` ( M / N ) ) <-> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = if ( N || M , ( phi ` ( M / N ) ) , 0 ) ) )
2		eqeq2 2187	. 2 |- ( 0 = if ( N || M , ( phi ` ( M / N ) ) , 0 ) -> ( (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = 0 <-> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = if ( N || M , ( phi ` ( M / N ) ) , 0 ) ) )
3		nndivdvds 11805	. . . . 5 |- ( ( M e. NN /\ N e. NN ) -> ( N || M <-> ( M / N ) e. NN ) )
4	3	biimpa 296	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( M / N ) e. NN )
5		dfphi2 12222	. . . 4 |- ( ( M / N ) e. NN -> ( phi ` ( M / N ) ) = (♯ ` { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } ) )
6	4, 5	syl 14	. . 3 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( phi ` ( M / N ) ) = (♯ ` { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } ) )
7		0z 9266	. . . . . 6 |- 0 e. ZZ
8	4	nnzd 9376	. . . . . 6 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( M / N ) e. ZZ )
9		fzofig 10434	. . . . . 6 |- ( ( 0 e. ZZ /\ ( M / N ) e. ZZ ) -> ( 0..^ ( M / N ) ) e. Fin )
10	7, 8, 9	sylancr 414	. . . . 5 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( 0..^ ( M / N ) ) e. Fin )
11		elfzoelz 10149	. . . . . . . . . 10 |- ( y e. ( 0..^ ( M / N ) ) -> y e. ZZ )
12	11	adantl 277	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> y e. ZZ )
13	8	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( M / N ) e. ZZ )
14	12, 13	gcdcld 11971	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( y gcd ( M / N ) ) e. NN0 )
15	14	nn0zd 9375	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( y gcd ( M / N ) ) e. ZZ )
16		1zzd 9282	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> 1 e. ZZ )
17		zdceq 9330	. . . . . . 7 |- ( ( ( y gcd ( M / N ) ) e. ZZ /\ 1 e. ZZ ) -> DECID ( y gcd ( M / N ) ) = 1 )
18	15, 16, 17	syl2anc 411	. . . . . 6 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> DECID ( y gcd ( M / N ) ) = 1 )
19	18	ralrimiva 2550	. . . . 5 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> A. y e. ( 0..^ ( M / N ) )DECID ( y gcd ( M / N ) ) = 1 )
20	10, 19	ssfirab 6935	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } e. Fin )
21		eqid 2177	. . . . . 6 |- { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } = { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 }
22		eqid 2177	. . . . . 6 |- { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } = { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N }
23		eqid 2177	. . . . . 6 |- ( z e. { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } |-> ( z x. N ) ) = ( z e. { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } |-> ( z x. N ) )
24	21, 22, 23	hashgcdlem 12240	. . . . 5 |- ( ( M e. NN /\ N e. NN /\ N || M ) -> ( z e. { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } |-> ( z x. N ) ) : { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } -1-1-onto-> { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } )
25	24	3expa 1203	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( z e. { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } |-> ( z x. N ) ) : { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } -1-1-onto-> { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } )
26	20, 25	fihasheqf1od 10771	. . 3 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> (♯ ` { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } ) = (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) )
27	6, 26	eqtr2d 2211	. 2 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = ( phi ` ( M / N ) ) )
28		simprr 531	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> ( x gcd M ) = N )
29		elfzoelz 10149	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( x e. ( 0..^ M ) -> x e. ZZ )
30	29	ad2antrl 490	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> x e. ZZ )
31		nnz 9274	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( M e. NN -> M e. ZZ )
32	31	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> M e. ZZ )
33		gcddvds 11966	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( x e. ZZ /\ M e. ZZ ) -> ( ( x gcd M ) || x /\ ( x gcd M ) || M ) )
34	30, 32, 33	syl2anc 411	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> ( ( x gcd M ) || x /\ ( x gcd M ) || M ) )
35	34	simprd 114	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> ( x gcd M ) || M )
36	28, 35	eqbrtrrd 4029	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> N || M )
37	36	expr 375	. . . . . . . 8 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ x e. ( 0..^ M ) ) -> ( ( x gcd M ) = N -> N || M ) )
38	37	con3d 631	. . . . . . 7 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ x e. ( 0..^ M ) ) -> ( -. N || M -> -. ( x gcd M ) = N ) )
39	38	impancom 260	. . . . . 6 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> ( x e. ( 0..^ M ) -> -. ( x gcd M ) = N ) )
40	39	ralrimiv 2549	. . . . 5 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> A. x e. ( 0..^ M ) -. ( x gcd M ) = N )
41		rabeq0 3454	. . . . 5 |- ( { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } = (/) <-> A. x e. ( 0..^ M ) -. ( x gcd M ) = N )
42	40, 41	sylibr 134	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } = (/) )
43	42	fveq2d 5521	. . 3 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = (♯ ` (/) ) )
44		hash0 10778	. . 3 |- (♯ ` (/) ) = 0
45	43, 44	eqtrdi 2226	. 2 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = 0 )
46		dvdsdc 11807	. . . 4 |- ( ( N e. NN /\ M e. ZZ ) -> DECID N || M )
47	31, 46	sylan2 286	. . 3 |- ( ( N e. NN /\ M e. NN ) -> DECID N || M )
48	47	ancoms 268	. 2 |- ( ( M e. NN /\ N e. NN ) -> DECID N || M )
49	1, 2, 27, 45, 48	ifbothdadc 3568	1 |- ( ( M e. NN /\ N e. NN ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = if ( N || M , ( phi ` ( M / N ) ) , 0 ) )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 104  DECID wdc 834   = wceq 1353   e. wcel 2148   A.wral 2455   {crab 2459   (/)c0 3424   ifcif 3536   class class class wbr 4005   |-> cmpt 4066   -1-1-onto->wf1o 5217   ` cfv 5218  (class class class)co 5877   Fincfn 6742   0cc0 7813   1c1 7814   x. cmul 7818   / cdiv 8631   NNcn 8921   ZZcz 9255  ..^cfzo 10144  ♯chash 10757   || cdvds 11796   gcd cgcd 11945   phicphi 12211

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-coll 4120  ax-sep 4123  ax-nul 4131  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-iinf 4589  ax-cnex 7904  ax-resscn 7905  ax-1cn 7906  ax-1re 7907  ax-icn 7908  ax-addcl 7909  ax-addrcl 7910  ax-mulcl 7911  ax-mulrcl 7912  ax-addcom 7913  ax-mulcom 7914  ax-addass 7915  ax-mulass 7916  ax-distr 7917  ax-i2m1 7918  ax-0lt1 7919  ax-1rid 7920  ax-0id 7921  ax-rnegex 7922  ax-precex 7923  ax-cnre 7924  ax-pre-ltirr 7925  ax-pre-ltwlin 7926  ax-pre-lttrn 7927  ax-pre-apti 7928  ax-pre-ltadd 7929  ax-pre-mulgt0 7930  ax-pre-mulext 7931  ax-arch 7932  ax-caucvg 7933

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 2741  df-sbc 2965  df-csb 3060  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-nul 3425  df-if 3537  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-iun 3890  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-tr 4104  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-iord 4368  df-on 4370  df-ilim 4371  df-suc 4373  df-iom 4592  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-f1 5223  df-fo 5224  df-f1o 5225  df-fv 5226  df-riota 5833  df-ov 5880  df-oprab 5881  df-mpo 5882  df-1st 6143  df-2nd 6144  df-recs 6308  df-frec 6394  df-1o 6419  df-er 6537  df-en 6743  df-dom 6744  df-fin 6745  df-sup 6985  df-pnf 7996  df-mnf 7997  df-xr 7998  df-ltxr 7999  df-le 8000  df-sub 8132  df-neg 8133  df-reap 8534  df-ap 8541  df-div 8632  df-inn 8922  df-2 8980  df-3 8981  df-4 8982  df-n0 9179  df-z 9256  df-uz 9531  df-q 9622  df-rp 9656  df-fz 10011  df-fzo 10145  df-fl 10272  df-mod 10325  df-seqfrec 10448  df-exp 10522  df-ihash 10758  df-cj 10853  df-re 10854  df-im 10855  df-rsqrt 11009  df-abs 11010  df-dvds 11797  df-gcd 11946  df-phi 12213

This theorem is referenced by:  phisum  12242