Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  dfphi2 GIF version

Theorem dfphi2 11741
 Description: Alternate definition of the Euler ϕ function. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Feb-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 2-May-2016.)
Assertion
Ref Expression
dfphi2 (𝑁 ∈ ℕ → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
Distinct variable group:   𝑥,𝑁

Proof of Theorem dfphi2
StepHypRef Expression
1 elnn1uz2 9303 . 2 (𝑁 ∈ ℕ ↔ (𝑁 = 1 ∨ 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
2 phi1 11740 . . . . 5 (ϕ‘1) = 1
3 0z 8969 . . . . . 6 0 ∈ ℤ
4 hashsng 10437 . . . . . 6 (0 ∈ ℤ → (♯‘{0}) = 1)
53, 4ax-mp 7 . . . . 5 (♯‘{0}) = 1
6 rabid2 2581 . . . . . . 7 ({0} = {𝑥 ∈ {0} ∣ (𝑥 gcd 1) = 1} ↔ ∀𝑥 ∈ {0} (𝑥 gcd 1) = 1)
7 elsni 3511 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ {0} → 𝑥 = 0)
87oveq1d 5743 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ {0} → (𝑥 gcd 1) = (0 gcd 1))
9 gcd1 11523 . . . . . . . . 9 (0 ∈ ℤ → (0 gcd 1) = 1)
103, 9ax-mp 7 . . . . . . . 8 (0 gcd 1) = 1
118, 10syl6eq 2163 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ {0} → (𝑥 gcd 1) = 1)
126, 11mprgbir 2464 . . . . . 6 {0} = {𝑥 ∈ {0} ∣ (𝑥 gcd 1) = 1}
1312fveq2i 5378 . . . . 5 (♯‘{0}) = (♯‘{𝑥 ∈ {0} ∣ (𝑥 gcd 1) = 1})
142, 5, 133eqtr2i 2141 . . . 4 (ϕ‘1) = (♯‘{𝑥 ∈ {0} ∣ (𝑥 gcd 1) = 1})
15 fveq2 5375 . . . 4 (𝑁 = 1 → (ϕ‘𝑁) = (ϕ‘1))
16 oveq2 5736 . . . . . . 7 (𝑁 = 1 → (0..^𝑁) = (0..^1))
17 fzo01 9886 . . . . . . 7 (0..^1) = {0}
1816, 17syl6eq 2163 . . . . . 6 (𝑁 = 1 → (0..^𝑁) = {0})
19 oveq2 5736 . . . . . . 7 (𝑁 = 1 → (𝑥 gcd 𝑁) = (𝑥 gcd 1))
2019eqeq1d 2123 . . . . . 6 (𝑁 = 1 → ((𝑥 gcd 𝑁) = 1 ↔ (𝑥 gcd 1) = 1))
2118, 20rabeqbidv 2652 . . . . 5 (𝑁 = 1 → {𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} = {𝑥 ∈ {0} ∣ (𝑥 gcd 1) = 1})
2221fveq2d 5379 . . . 4 (𝑁 = 1 → (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}) = (♯‘{𝑥 ∈ {0} ∣ (𝑥 gcd 1) = 1}))
2314, 15, 223eqtr4a 2173 . . 3 (𝑁 = 1 → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
24 eluz2nn 9266 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℕ)
25 phival 11734 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
2624, 25syl 14 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
27 fzossfz 9835 . . . . . . . . . . 11 (1..^𝑁) ⊆ (1...𝑁)
2827a1i 9 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (1..^𝑁) ⊆ (1...𝑁))
29 sseqin2 3261 . . . . . . . . . 10 ((1..^𝑁) ⊆ (1...𝑁) ↔ ((1...𝑁) ∩ (1..^𝑁)) = (1..^𝑁))
3028, 29sylib 121 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → ((1...𝑁) ∩ (1..^𝑁)) = (1..^𝑁))
31 fzo0ss1 9844 . . . . . . . . . 10 (1..^𝑁) ⊆ (0..^𝑁)
32 sseqin2 3261 . . . . . . . . . 10 ((1..^𝑁) ⊆ (0..^𝑁) ↔ ((0..^𝑁) ∩ (1..^𝑁)) = (1..^𝑁))
3331, 32mpbi 144 . . . . . . . . 9 ((0..^𝑁) ∩ (1..^𝑁)) = (1..^𝑁)
3430, 33syl6eqr 2165 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → ((1...𝑁) ∩ (1..^𝑁)) = ((0..^𝑁) ∩ (1..^𝑁)))
3534rabeqdv 2651 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → {𝑥 ∈ ((1...𝑁) ∩ (1..^𝑁)) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} = {𝑥 ∈ ((0..^𝑁) ∩ (1..^𝑁)) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1})
36 inrab2 3315 . . . . . . 7 ({𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = {𝑥 ∈ ((1...𝑁) ∩ (1..^𝑁)) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}
37 inrab2 3315 . . . . . . 7 ({𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = {𝑥 ∈ ((0..^𝑁) ∩ (1..^𝑁)) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}
3835, 36, 373eqtr4g 2172 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → ({𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = ({𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)))
39 phibndlem 11737 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → {𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ⊆ (1...(𝑁 − 1)))
40 eluzelz 9237 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℤ)
41 fzoval 9818 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℤ → (1..^𝑁) = (1...(𝑁 − 1)))
4240, 41syl 14 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (1..^𝑁) = (1...(𝑁 − 1)))
4339, 42sseqtr4d 3102 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → {𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ⊆ (1..^𝑁))
44 df-ss 3050 . . . . . . 7 ({𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ⊆ (1..^𝑁) ↔ ({𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = {𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1})
4543, 44sylib 121 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → ({𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = {𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1})
46 gcd0id 11515 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℤ → (0 gcd 𝑁) = (abs‘𝑁))
4740, 46syl 14 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (0 gcd 𝑁) = (abs‘𝑁))
48 eluzelre 9238 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℝ)
49 eluzge2nn0 9267 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ∈ ℕ0)
5049nn0ge0d 8937 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 0 ≤ 𝑁)
5148, 50absidd 10831 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (abs‘𝑁) = 𝑁)
5247, 51eqtrd 2147 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (0 gcd 𝑁) = 𝑁)
53 eluz2b3 9300 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) ↔ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ≠ 1))
5453simprbi 271 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → 𝑁 ≠ 1)
5552, 54eqnetrd 2306 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (0 gcd 𝑁) ≠ 1)
5655adantr 272 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → (0 gcd 𝑁) ≠ 1)
577oveq1d 5743 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ {0} → (𝑥 gcd 𝑁) = (0 gcd 𝑁))
5857, 17eleq2s 2209 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ (0..^1) → (𝑥 gcd 𝑁) = (0 gcd 𝑁))
5958neeq1d 2300 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ (0..^1) → ((𝑥 gcd 𝑁) ≠ 1 ↔ (0 gcd 𝑁) ≠ 1))
6056, 59syl5ibrcom 156 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → (𝑥 ∈ (0..^1) → (𝑥 gcd 𝑁) ≠ 1))
6160necon2bd 2340 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → ((𝑥 gcd 𝑁) = 1 → ¬ 𝑥 ∈ (0..^1)))
62 simpr 109 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → 𝑥 ∈ (0..^𝑁))
63 1z 8984 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℤ
64 fzospliti 9846 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∧ 1 ∈ ℤ) → (𝑥 ∈ (0..^1) ∨ 𝑥 ∈ (1..^𝑁)))
6562, 63, 64sylancl 407 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → (𝑥 ∈ (0..^1) ∨ 𝑥 ∈ (1..^𝑁)))
6665ord 696 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → (¬ 𝑥 ∈ (0..^1) → 𝑥 ∈ (1..^𝑁)))
6761, 66syld 45 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑁)) → ((𝑥 gcd 𝑁) = 1 → 𝑥 ∈ (1..^𝑁)))
6867ralrimiva 2479 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → ∀𝑥 ∈ (0..^𝑁)((𝑥 gcd 𝑁) = 1 → 𝑥 ∈ (1..^𝑁)))
69 rabss 3140 . . . . . . . 8 ({𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ⊆ (1..^𝑁) ↔ ∀𝑥 ∈ (0..^𝑁)((𝑥 gcd 𝑁) = 1 → 𝑥 ∈ (1..^𝑁)))
7068, 69sylibr 133 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → {𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ⊆ (1..^𝑁))
71 df-ss 3050 . . . . . . 7 ({𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ⊆ (1..^𝑁) ↔ ({𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = {𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1})
7270, 71sylib 121 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → ({𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} ∩ (1..^𝑁)) = {𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1})
7338, 45, 723eqtr3d 2155 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → {𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1} = {𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1})
7473fveq2d 5379 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (♯‘{𝑥 ∈ (1...𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}) = (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
7526, 74eqtrd 2147 . . 3 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
7623, 75jaoi 688 . 2 ((𝑁 = 1 ∨ 𝑁 ∈ (ℤ‘2)) → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
771, 76sylbi 120 1 (𝑁 ∈ ℕ → (ϕ‘𝑁) = (♯‘{𝑥 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑥 gcd 𝑁) = 1}))
 Colors of variables: wff set class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ∨ wo 680   = wceq 1314   ∈ wcel 1463   ≠ wne 2282  ∀wral 2390  {crab 2394   ∩ cin 3036   ⊆ wss 3037  {csn 3493  ‘cfv 5081  (class class class)co 5728  0cc0 7547  1c1 7548   − cmin 7856  ℕcn 8630  2c2 8681  ℤcz 8958  ℤ≥cuz 9228  ...cfz 9683  ..^cfzo 9812  ♯chash 10414  abscabs 10661   gcd cgcd 11483  ϕcphi 11731 This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 586  ax-in2 587  ax-io 681  ax-5 1406  ax-7 1407  ax-gen 1408  ax-ie1 1452  ax-ie2 1453  ax-8 1465  ax-10 1466  ax-11 1467  ax-i12 1468  ax-bndl 1469  ax-4 1470  ax-13 1474  ax-14 1475  ax-17 1489  ax-i9 1493  ax-ial 1497  ax-i5r 1498  ax-ext 2097  ax-coll 4003  ax-sep 4006  ax-nul 4014  ax-pow 4058  ax-pr 4091  ax-un 4315  ax-setind 4412  ax-iinf 4462  ax-cnex 7636  ax-resscn 7637  ax-1cn 7638  ax-1re 7639  ax-icn 7640  ax-addcl 7641  ax-addrcl 7642  ax-mulcl 7643  ax-mulrcl 7644  ax-addcom 7645  ax-mulcom 7646  ax-addass 7647  ax-mulass 7648  ax-distr 7649  ax-i2m1 7650  ax-0lt1 7651  ax-1rid 7652  ax-0id 7653  ax-rnegex 7654  ax-precex 7655  ax-cnre 7656  ax-pre-ltirr 7657  ax-pre-ltwlin 7658  ax-pre-lttrn 7659  ax-pre-apti 7660  ax-pre-ltadd 7661  ax-pre-mulgt0 7662  ax-pre-mulext 7663  ax-arch 7664  ax-caucvg 7665 This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 799  df-dc 803  df-3or 946  df-3an 947  df-tru 1317  df-fal 1320  df-nf 1420  df-sb 1719  df-eu 1978  df-mo 1979  df-clab 2102  df-cleq 2108  df-clel 2111  df-nfc 2244  df-ne 2283  df-nel 2378  df-ral 2395  df-rex 2396  df-reu 2397  df-rmo 2398  df-rab 2399  df-v 2659  df-sbc 2879  df-csb 2972  df-dif 3039  df-un 3041  df-in 3043  df-ss 3050  df-nul 3330  df-if 3441  df-pw 3478  df-sn 3499  df-pr 3500  df-op 3502  df-uni 3703  df-int 3738  df-iun 3781  df-br 3896  df-opab 3950  df-mpt 3951  df-tr 3987  df-id 4175  df-po 4178  df-iso 4179  df-iord 4248  df-on 4250  df-ilim 4251  df-suc 4253  df-iom 4465  df-xp 4505  df-rel 4506  df-cnv 4507  df-co 4508  df-dm 4509  df-rn 4510  df-res 4511  df-ima 4512  df-iota 5046  df-fun 5083  df-fn 5084  df-f 5085  df-f1 5086  df-fo 5087  df-f1o 5088  df-fv 5089  df-riota 5684  df-ov 5731  df-oprab 5732  df-mpo 5733  df-1st 5992  df-2nd 5993  df-recs 6156  df-frec 6242  df-1o 6267  df-er 6383  df-en 6589  df-dom 6590  df-fin 6591  df-sup 6823  df-pnf 7726  df-mnf 7727  df-xr 7728  df-ltxr 7729  df-le 7730  df-sub 7858  df-neg 7859  df-reap 8255  df-ap 8262  df-div 8346  df-inn 8631  df-2 8689  df-3 8690  df-4 8691  df-n0 8882  df-z 8959  df-uz 9229  df-q 9314  df-rp 9344  df-fz 9684  df-fzo 9813  df-fl 9936  df-mod 9989  df-seqfrec 10112  df-exp 10186  df-ihash 10415  df-cj 10507  df-re 10508  df-im 10509  df-rsqrt 10662  df-abs 10663  df-dvds 11342  df-gcd 11484  df-phi 11732 This theorem is referenced by:  phimullem  11746  hashgcdeq  11749
 Copyright terms: Public domain W3C validator