Theorem hashgcdeq 12222

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 11787	. . . . 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 12203	. . . 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 9253	. . . . . 6 |- 0 e. ZZ
8	4	nnzd 9363	. . . . . 6 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) -> ( M / N ) e. ZZ )
9		fzofig 10418	. . . . . 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 10133	. . . . . . . . . 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 11952	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( y gcd ( M / N ) ) e. NN0 )
15	14	nn0zd 9362	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> ( y gcd ( M / N ) ) e. ZZ )
16		1zzd 9269	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ N || M ) /\ y e. ( 0..^ ( M / N ) ) ) -> 1 e. ZZ )
17		zdceq 9317	. . . . . . 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 6927	. . . 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 12221	. . . . 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 10753	. . 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 10133	. . . . . . . . . . . . 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 9261	. . . . . . . . . . . . 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 11947	. . . . . . . . . . . 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 4024	. . . . . . . . 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 3452	. . . . 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 5515	. . 3 |- ( ( ( M e. NN /\ N e. NN ) /\ -. N || M ) -> (♯ ` { x e. ( 0..^ M ) | ( x gcd M ) = N } ) = (♯ ` (/) ) )
44		hash0 10760	. . 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 11789	. . . 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 3565	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 3422   ifcif 3534   class class class wbr 4000   |-> cmpt 4061   -1-1-onto->wf1o 5211   ` cfv 5212  (class class class)co 5869   Fincfn 6734   0cc0 7802   1c1 7803   x. cmul 7807   / cdiv 8618   NNcn 8908   ZZcz 9242  ..^cfzo 10128  ♯chash 10739   || cdvds 11778   gcd cgcd 11926   phicphi 12192

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 4115  ax-sep 4118  ax-nul 4126  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-iinf 4584  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  ax-caucvg 7922

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-nul 3423  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-tr 4099  df-id 4290  df-po 4293  df-iso 4294  df-iord 4363  df-on 4365  df-ilim 4366  df-suc 4368  df-iom 4587  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-f1 5217  df-fo 5218  df-f1o 5219  df-fv 5220  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1st 6135  df-2nd 6136  df-recs 6300  df-frec 6386  df-1o 6411  df-er 6529  df-en 6735  df-dom 6736  df-fin 6737  df-sup 6977  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-2 8967  df-3 8968  df-4 8969  df-n0 9166  df-z 9243  df-uz 9518  df-q 9609  df-rp 9641  df-fz 9996  df-fzo 10129  df-fl 10256  df-mod 10309  df-seqfrec 10432  df-exp 10506  df-ihash 10740  df-cj 10835  df-re 10836  df-im 10837  df-rsqrt 10991  df-abs 10992  df-dvds 11779  df-gcd 11927  df-phi 12194

This theorem is referenced by:  phisum  12223