Theorem hashgcdeq 12171

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 2175	. 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 2175	. 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 11736	. . . . 5 |- ( ( M e. NN /\ N e. NN ) -> ( N || M <-> ( M / N ) e. NN ) )
4	3	biimpa 294	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( M / N ) e. NN )
5		dfphi2 12152	. . . 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 9202	. . . . . 6 |- 0 e. ZZ
8	4	nnzd 9312	. . . . . 6 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( M / N ) e. ZZ )
9		fzofig 10367	. . . . . 6 |- ( ( 0 e. ZZ /\ ( M / N ) e. ZZ ) -> ( 0..^ ( M / N ) ) e. Fin )
10	7, 8, 9	sylancr 411	. . . . 5 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( 0..^ ( M / N ) ) e. Fin )
11		elfzoelz 10082	. . . . . . . . . 10 |- ( y e. ( 0..^ ( M / N ) ) -> y e. ZZ )
12	11	adantl 275	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> y e. ZZ )
13	8	adantr 274	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( M / N ) e. ZZ )
14	12, 13	gcdcld 11901	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( y gcd ( M / N ) ) e. NN0 )
15	14	nn0zd 9311	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( y gcd ( M / N ) ) e. ZZ )
16		1zzd 9218	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> 1 e. ZZ )
17		zdceq 9266	. . . . . . 7 |- ( ( ( y gcd ( M / N ) ) e. ZZ /\ 1 e. ZZ ) -> DECID ( y gcd ( M / N ) ) = 1 )
18	15, 16, 17	syl2anc 409	. . . . . 6 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> DECID ( y gcd ( M / N ) ) = 1 )
19	18	ralrimiva 2539	. . . . 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 6899	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } e. Fin )
21		eqid 2165	. . . . . 6 |- { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 } = { y e. ( 0..^ ( M / N ) ) | ( y gcd ( M / N ) ) = 1 }
22		eqid 2165	. . . . . 6 |- { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } = { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N }
23		eqid 2165	. . . . . 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 12170	. . . . 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 1193	. . . 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 10703	. . 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 2199	. 2 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = ( phi ` ( M / N ) ) )
28		simprr 522	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> ( x gcd M ) = N )
29		elfzoelz 10082	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( x e. ( 0..^ M ) -> x e. ZZ )
30	29	ad2antrl 482	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> x e. ZZ )
31		nnz 9210	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( M e. NN -> M e. ZZ )
32	31	ad2antrr 480	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> M e. ZZ )
33		gcddvds 11896	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( x e. ZZ /\ M e. ZZ ) -> ( ( x gcd M ) || x /\ ( x gcd M ) || M ) )
34	30, 32, 33	syl2anc 409	. . . . . . . . . . 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 113	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> ( x gcd M ) || M )
36	28, 35	eqbrtrrd 4006	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ ( x e. ( 0..^ M ) /\ ( x gcd M ) = N ) ) -> N || M )
37	36	expr 373	. . . . . . . 8 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ x e. ( 0..^ M ) ) -> ( ( x gcd M ) = N -> N || M ) )
38	37	con3d 621	. . . . . . 7 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ x e. ( 0..^ M ) ) -> ( -. N || M -> -. ( x gcd M ) = N ) )
39	38	impancom 258	. . . . . 6 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> ( x e. ( 0..^ M ) -> -. ( x gcd M ) = N ) )
40	39	ralrimiv 2538	. . . . 5 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> A. x e. ( 0..^ M ) -. ( x gcd M ) = N )
41		rabeq0 3438	. . . . 5 |- ( { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } = (/) <-> A. x e. ( 0..^ M ) -. ( x gcd M ) = N )
42	40, 41	sylibr 133	. . . 4 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } = (/) )
43	42	fveq2d 5490	. . 3 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = (♯ ` (/) ) )
44		hash0 10710	. . 3 |- (♯ ` (/) ) = 0
45	43, 44	eqtrdi 2215	. 2 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = 0 )
46		dvdsdc 11738	. . . 4 |- ( ( N e. NN /\ M e. ZZ ) -> DECID N || M )
47	31, 46	sylan2 284	. . 3 |- ( ( N e. NN /\ M e. NN ) -> DECID N || M )
48	47	ancoms 266	. 2 |- ( ( M e. NN /\ N e. NN ) -> DECID N || M )
49	1, 2, 27, 45, 48	ifbothdadc 3551	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 103  DECID wdc 824   = wceq 1343   e. wcel 2136   A.wral 2444   {crab 2448   (/)c0 3409   ifcif 3520   class class class wbr 3982   |-> cmpt 4043   -1-1-onto->wf1o 5187   ` cfv 5188  (class class class)co 5842   Fincfn 6706   0cc0 7753   1c1 7754   x. cmul 7758   / cdiv 8568   NNcn 8857   ZZcz 9191  ..^cfzo 10077  ♯chash 10688   || cdvds 11727   gcd cgcd 11875   phicphi 12141

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-mulrcl 7852  ax-addcom 7853  ax-mulcom 7854  ax-addass 7855  ax-mulass 7856  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-1rid 7860  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-precex 7863  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869  ax-pre-mulgt0 7870  ax-pre-mulext 7871  ax-arch 7872  ax-caucvg 7873

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 821  df-dc 825  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-if 3521  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-po 4274  df-iso 4275  df-iord 4344  df-on 4346  df-ilim 4347  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1st 6108  df-2nd 6109  df-recs 6273  df-frec 6359  df-1o 6384  df-er 6501  df-en 6707  df-dom 6708  df-fin 6709  df-sup 6949  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-reap 8473  df-ap 8480  df-div 8569  df-inn 8858  df-2 8916  df-3 8917  df-4 8918  df-n0 9115  df-z 9192  df-uz 9467  df-q 9558  df-rp 9590  df-fz 9945  df-fzo 10078  df-fl 10205  df-mod 10258  df-seqfrec 10381  df-exp 10455  df-ihash 10689  df-cj 10784  df-re 10785  df-im 10786  df-rsqrt 10940  df-abs 10941  df-dvds 11728  df-gcd 11876  df-phi 12143

This theorem is referenced by:  phisum  12172