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Theorem sqgcd 10798
Description: Square distributes over GCD. (Contributed by Scott Fenton, 18-Apr-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2014.)
Assertion
Ref Expression
sqgcd  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  =  ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^ 2 ) ) )

Proof of Theorem sqgcd
StepHypRef Expression
1 gcdnncl 10739 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  e.  NN )
21nnsqcld 9942 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  e.  NN )
32nncnd 8330 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  e.  CC )
43mulid1d 7408 . 2  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  gcd  N ) ^
2 )  x.  1 )  =  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )
5 nnsqcl 9861 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  NN  ->  ( M ^ 2 )  e.  NN )
65nnzd 8763 . . . . . 6  |-  ( M  e.  NN  ->  ( M ^ 2 )  e.  ZZ )
76adantr 270 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M ^ 2 )  e.  ZZ )
8 nnsqcl 9861 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N ^ 2 )  e.  NN )
98nnzd 8763 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  ( N ^ 2 )  e.  ZZ )
109adantl 271 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( N ^ 2 )  e.  ZZ )
11 nnz 8665 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  NN  ->  M  e.  ZZ )
12 nnz 8665 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  ZZ )
13 gcddvds 10735 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  M  /\  ( M  gcd  N ) 
||  N ) )
1411, 12, 13syl2an 283 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  M  /\  ( M  gcd  N ) 
||  N ) )
1514simpld 110 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  ||  M )
161nnzd 8763 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  e.  ZZ )
1711adantr 270 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  M  e.  ZZ )
18 dvdssqim 10793 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  gcd  N
)  e.  ZZ  /\  M  e.  ZZ )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  M  -> 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( M ^
2 ) ) )
1916, 17, 18syl2anc 403 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  M  -> 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( M ^
2 ) ) )
2015, 19mpd 13 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( M ^
2 ) )
2114simprd 112 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  ||  N )
2212adantl 271 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  ZZ )
23 dvdssqim 10793 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  gcd  N
)  e.  ZZ  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  N  -> 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( N ^
2 ) ) )
2416, 22, 23syl2anc 403 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  N  -> 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( N ^
2 ) ) )
2521, 24mpd 13 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( N ^
2 ) )
26 gcddiv 10788 . . . . 5  |-  ( ( ( ( M ^
2 )  e.  ZZ  /\  ( N ^ 2 )  e.  ZZ  /\  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  e.  NN )  /\  ( ( ( M  gcd  N ) ^
2 )  ||  ( M ^ 2 )  /\  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) 
||  ( N ^
2 ) ) )  ->  ( ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^
2 ) )  / 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )  =  ( ( ( M ^ 2 )  /  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )  gcd  ( ( N ^ 2 )  / 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) ) ) )
277, 10, 2, 20, 25, 26syl32anc 1178 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  /  (
( M  gcd  N
) ^ 2 ) )  =  ( ( ( M ^ 2 )  /  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )  gcd  ( ( N ^ 2 )  / 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) ) ) )
28 nncn 8324 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  NN  ->  M  e.  CC )
2928adantr 270 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  M  e.  CC )
301nncnd 8330 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  e.  CC )
311nnap0d 8361 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
) #  0 )
3229, 30, 31sqdivapd 9934 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  / 
( M  gcd  N
) ) ^ 2 )  =  ( ( M ^ 2 )  /  ( ( M  gcd  N ) ^
2 ) ) )
33 nncn 8324 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  CC )
3433adantl 271 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  CC )
3534, 30, 31sqdivapd 9934 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  / 
( M  gcd  N
) ) ^ 2 )  =  ( ( N ^ 2 )  /  ( ( M  gcd  N ) ^
2 ) ) )
3632, 35oveq12d 5609 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 )  gcd  ( ( N  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 ) )  =  ( ( ( M ^ 2 )  /  ( ( M  gcd  N ) ^
2 ) )  gcd  ( ( N ^
2 )  /  (
( M  gcd  N
) ^ 2 ) ) ) )
37 gcddiv 10788 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  e.  ZZ  /\  N  e.  ZZ  /\  ( M  gcd  N )  e.  NN )  /\  ( ( M  gcd  N )  ||  M  /\  ( M  gcd  N ) 
||  N ) )  ->  ( ( M  gcd  N )  / 
( M  gcd  N
) )  =  ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  gcd  ( N  / 
( M  gcd  N
) ) ) )
3817, 22, 1, 14, 37syl31anc 1173 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  /  ( M  gcd  N ) )  =  ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  gcd  ( N  /  ( M  gcd  N ) ) ) )
3930, 31dividapd 8151 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  /  ( M  gcd  N ) )  =  1 )
4038, 39eqtr3d 2117 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  / 
( M  gcd  N
) )  gcd  ( N  /  ( M  gcd  N ) ) )  =  1 )
411nnne0d 8360 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  =/=  0 )
42 dvdsval2 10579 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( M  gcd  N
)  e.  ZZ  /\  ( M  gcd  N )  =/=  0  /\  M  e.  ZZ )  ->  (
( M  gcd  N
)  ||  M  <->  ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ ) )
4316, 41, 17, 42syl3anc 1170 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  M  <->  ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ ) )
4415, 43mpbid 145 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ )
45 nnre 8323 . . . . . . . . 9  |-  ( M  e.  NN  ->  M  e.  RR )
4645adantr 270 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  M  e.  RR )
471nnred 8329 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  gcd  N
)  e.  RR )
48 nngt0 8341 . . . . . . . . 9  |-  ( M  e.  NN  ->  0  <  M )
4948adantr 270 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  M )
501nngt0d 8359 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  ( M  gcd  N ) )
5146, 47, 49, 50divgt0d 8290 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  ( M  /  ( M  gcd  N ) ) )
52 elnnz 8656 . . . . . . 7  |-  ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN  <->  ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ  /\  0  <  ( M  /  ( M  gcd  N ) ) ) )
5344, 51, 52sylanbrc 408 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN )
54 dvdsval2 10579 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( M  gcd  N
)  e.  ZZ  /\  ( M  gcd  N )  =/=  0  /\  N  e.  ZZ )  ->  (
( M  gcd  N
)  ||  N  <->  ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ ) )
5516, 41, 22, 54syl3anc 1170 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N )  ||  N  <->  ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ ) )
5621, 55mpbid 145 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ )
57 nnre 8323 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  RR )
5857adantl 271 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  RR )
59 nngt0 8341 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  0  <  N )
6059adantl 271 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  N )
6158, 47, 60, 50divgt0d 8290 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  ( N  /  ( M  gcd  N ) ) )
62 elnnz 8656 . . . . . . 7  |-  ( ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN  <->  ( ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  ZZ  /\  0  <  ( N  /  ( M  gcd  N ) ) ) )
6356, 61, 62sylanbrc 408 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN )
64 2nn 8470 . . . . . . 7  |-  2  e.  NN
65 rppwr 10797 . . . . . . 7  |-  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN  /\  ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN  /\  2  e.  NN )  ->  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  gcd  ( N  / 
( M  gcd  N
) ) )  =  1  ->  ( (
( M  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 )  gcd  ( ( N  / 
( M  gcd  N
) ) ^ 2 ) )  =  1 ) )
6664, 65mp3an3 1258 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN  /\  ( N  /  ( M  gcd  N ) )  e.  NN )  ->  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  gcd  ( N  / 
( M  gcd  N
) ) )  =  1  ->  ( (
( M  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 )  gcd  ( ( N  / 
( M  gcd  N
) ) ^ 2 ) )  =  1 ) )
6753, 63, 66syl2anc 403 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) )  gcd  ( N  /  ( M  gcd  N ) ) )  =  1  ->  ( (
( M  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 )  gcd  ( ( N  / 
( M  gcd  N
) ) ^ 2 ) )  =  1 ) )
6840, 67mpd 13 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 )  gcd  ( ( N  /  ( M  gcd  N ) ) ^ 2 ) )  =  1 )
6927, 36, 683eqtr2d 2121 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  /  (
( M  gcd  N
) ^ 2 ) )  =  1 )
706, 9anim12i 331 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M ^
2 )  e.  ZZ  /\  ( N ^ 2 )  e.  ZZ ) )
715nnne0d 8360 . . . . . . . . 9  |-  ( M  e.  NN  ->  ( M ^ 2 )  =/=  0 )
7271neneqd 2270 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  NN  ->  -.  ( M ^ 2 )  =  0 )
7372intnanrd 875 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  NN  ->  -.  ( ( M ^
2 )  =  0  /\  ( N ^
2 )  =  0 ) )
7473adantr 270 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  -.  ( ( M ^ 2 )  =  0  /\  ( N ^ 2 )  =  0 ) )
75 gcdn0cl 10734 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( M ^
2 )  e.  ZZ  /\  ( N ^ 2 )  e.  ZZ )  /\  -.  ( ( M ^ 2 )  =  0  /\  ( N ^ 2 )  =  0 ) )  -> 
( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  e.  NN )
7670, 74, 75syl2anc 403 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  e.  NN )
7776nncnd 8330 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  e.  CC )
782nnap0d 8361 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) #  0 )
79 ax-1cn 7341 . . . . 5  |-  1  e.  CC
80 divmulap 8040 . . . . 5  |-  ( ( ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  e.  CC  /\  1  e.  CC  /\  ( ( ( M  gcd  N
) ^ 2 )  e.  CC  /\  (
( M  gcd  N
) ^ 2 ) #  0 ) )  -> 
( ( ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^
2 ) )  / 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )  =  1  <->  (
( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  x.  1 )  =  ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) ) ) )
8179, 80mp3an2 1257 . . . 4  |-  ( ( ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) )  e.  CC  /\  (
( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  e.  CC  /\  (
( M  gcd  N
) ^ 2 ) #  0 ) )  -> 
( ( ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^
2 ) )  / 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )  =  1  <->  (
( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  x.  1 )  =  ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) ) ) )
8277, 3, 78, 81syl12anc 1168 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^
2 ) )  / 
( ( M  gcd  N ) ^ 2 ) )  =  1  <->  (
( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  x.  1 )  =  ( ( M ^
2 )  gcd  ( N ^ 2 ) ) ) )
8369, 82mpbid 145 . 2  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( M  gcd  N ) ^
2 )  x.  1 )  =  ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^
2 ) ) )
844, 83eqtr3d 2117 1  |-  ( ( M  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( M  gcd  N ) ^ 2 )  =  ( ( M ^ 2 )  gcd  ( N ^ 2 ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 102    <-> wb 103    = wceq 1285    e. wcel 1434    =/= wne 2249   class class class wbr 3811  (class class class)co 5591   CCcc 7251   RRcr 7252   0cc0 7253   1c1 7254    x. cmul 7258    < clt 7425   # cap 7958    / cdiv 8037   NNcn 8316   2c2 8366   ZZcz 8646   ^cexp 9791    || cdvds 10576    gcd cgcd 10718
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-13 1445  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2065  ax-coll 3919  ax-sep 3922  ax-nul 3930  ax-pow 3974  ax-pr 4000  ax-un 4224  ax-setind 4316  ax-iinf 4366  ax-cnex 7339  ax-resscn 7340  ax-1cn 7341  ax-1re 7342  ax-icn 7343  ax-addcl 7344  ax-addrcl 7345  ax-mulcl 7346  ax-mulrcl 7347  ax-addcom 7348  ax-mulcom 7349  ax-addass 7350  ax-mulass 7351  ax-distr 7352  ax-i2m1 7353  ax-0lt1 7354  ax-1rid 7355  ax-0id 7356  ax-rnegex 7357  ax-precex 7358  ax-cnre 7359  ax-pre-ltirr 7360  ax-pre-ltwlin 7361  ax-pre-lttrn 7362  ax-pre-apti 7363  ax-pre-ltadd 7364  ax-pre-mulgt0 7365  ax-pre-mulext 7366  ax-arch 7367  ax-caucvg 7368
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 777  df-3or 921  df-3an 922  df-tru 1288  df-fal 1291  df-nf 1391  df-sb 1688  df-eu 1946  df-mo 1947  df-clab 2070  df-cleq 2076  df-clel 2079  df-nfc 2212  df-ne 2250  df-nel 2345  df-ral 2358  df-rex 2359  df-reu 2360  df-rmo 2361  df-rab 2362  df-v 2614  df-sbc 2827  df-csb 2920  df-dif 2986  df-un 2988  df-in 2990  df-ss 2997  df-nul 3270  df-if 3374  df-pw 3408  df-sn 3428  df-pr 3429  df-op 3431  df-uni 3628  df-int 3663  df-iun 3706  df-br 3812  df-opab 3866  df-mpt 3867  df-tr 3902  df-id 4084  df-po 4087  df-iso 4088  df-iord 4157  df-on 4159  df-ilim 4160  df-suc 4162  df-iom 4369  df-xp 4407  df-rel 4408  df-cnv 4409  df-co 4410  df-dm 4411  df-rn 4412  df-res 4413  df-ima 4414  df-iota 4934  df-fun 4971  df-fn 4972  df-f 4973  df-f1 4974  df-fo 4975  df-f1o 4976  df-fv 4977  df-riota 5547  df-ov 5594  df-oprab 5595  df-mpt2 5596  df-1st 5846  df-2nd 5847  df-recs 6002  df-frec 6088  df-sup 6586  df-pnf 7427  df-mnf 7428  df-xr 7429  df-ltxr 7430  df-le 7431  df-sub 7558  df-neg 7559  df-reap 7952  df-ap 7959  df-div 8038  df-inn 8317  df-2 8375  df-3 8376  df-4 8377  df-n0 8566  df-z 8647  df-uz 8915  df-q 9000  df-rp 9030  df-fz 9320  df-fzo 9444  df-fl 9566  df-mod 9619  df-iseq 9741  df-iexp 9792  df-cj 10103  df-re 10104  df-im 10105  df-rsqrt 10258  df-abs 10259  df-dvds 10577  df-gcd 10719
This theorem is referenced by:  dvdssqlem  10799  nn0gcdsq  10958
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