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

Theorem fermltl 12233
Description: Fermat's little theorem. When ๐‘ƒ is prime, ๐ดโ†‘๐‘ƒโ‰ก๐ด (mod ๐‘ƒ) for any ๐ด, see theorem 5.19 in [ApostolNT] p. 114. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Feb-2014.) (Proof shortened by AV, 19-Mar-2022.)
Assertion
Ref Expression
fermltl ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ))

Proof of Theorem fermltl
StepHypRef Expression
1 prmnn 12109 . . . 4 (๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„•)
2 dvdsmodexp 11801 . . . . 5 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ƒ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ))
323exp 1202 . . . 4 (๐‘ƒ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ƒ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ))))
41, 1, 3sylc 62 . . 3 (๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โ†’ (๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ)))
54adantr 276 . 2 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ)))
6 coprm 12143 . . . 4 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†” (๐‘ƒ gcd ๐ด) = 1))
7 prmz 12110 . . . . . 6 (๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค)
8 gcdcom 11973 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (๐‘ƒ gcd ๐ด) = (๐ด gcd ๐‘ƒ))
97, 8sylan 283 . . . . 5 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (๐‘ƒ gcd ๐ด) = (๐ด gcd ๐‘ƒ))
109eqeq1d 2186 . . . 4 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ ((๐‘ƒ gcd ๐ด) = 1 โ†” (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1))
116, 10bitrd 188 . . 3 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†” (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1))
12 simp2 998 . . . . . . . 8 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค)
1313ad2ant1 1018 . . . . . . . . . 10 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„•)
1413phicld 12217 . . . . . . . . 9 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (ฯ•โ€˜๐‘ƒ) โˆˆ โ„•)
1514nnnn0d 9228 . . . . . . . 8 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (ฯ•โ€˜๐‘ƒ) โˆˆ โ„•0)
16 zexpcl 10534 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (ฯ•โ€˜๐‘ƒ) โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) โˆˆ โ„ค)
1712, 15, 16syl2anc 411 . . . . . . 7 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) โˆˆ โ„ค)
18 zq 9625 . . . . . . 7 ((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) โˆˆ โ„ค โ†’ (๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) โˆˆ โ„š)
1917, 18syl 14 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) โˆˆ โ„š)
20 1z 9278 . . . . . . 7 1 โˆˆ โ„ค
21 zq 9625 . . . . . . 7 (1 โˆˆ โ„ค โ†’ 1 โˆˆ โ„š)
2220, 21mp1i 10 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ 1 โˆˆ โ„š)
23 nnq 9632 . . . . . . 7 (๐‘ƒ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„š)
2413, 23syl 14 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„š)
2513nngt0d 8962 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ 0 < ๐‘ƒ)
26 eulerth 12232 . . . . . . 7 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„• โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) mod ๐‘ƒ) = (1 mod ๐‘ƒ))
271, 26syl3an1 1271 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) mod ๐‘ƒ) = (1 mod ๐‘ƒ))
2819, 22, 12, 24, 25, 27modqmul1 10376 . . . . 5 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) ยท ๐ด) mod ๐‘ƒ) = ((1 ยท ๐ด) mod ๐‘ƒ))
29 phiprm 12222 . . . . . . . . . 10 (๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โ†’ (ฯ•โ€˜๐‘ƒ) = (๐‘ƒ โˆ’ 1))
30293ad2ant1 1018 . . . . . . . . 9 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (ฯ•โ€˜๐‘ƒ) = (๐‘ƒ โˆ’ 1))
3130oveq2d 5890 . . . . . . . 8 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) = (๐ดโ†‘(๐‘ƒ โˆ’ 1)))
3231oveq1d 5889 . . . . . . 7 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) ยท ๐ด) = ((๐ดโ†‘(๐‘ƒ โˆ’ 1)) ยท ๐ด))
3312zcnd 9375 . . . . . . . 8 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
34 expm1t 10547 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ƒ โˆˆ โ„•) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘ƒ) = ((๐ดโ†‘(๐‘ƒ โˆ’ 1)) ยท ๐ด))
3533, 13, 34syl2anc 411 . . . . . . 7 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘ƒ) = ((๐ดโ†‘(๐‘ƒ โˆ’ 1)) ยท ๐ด))
3632, 35eqtr4d 2213 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) ยท ๐ด) = (๐ดโ†‘๐‘ƒ))
3736oveq1d 5889 . . . . 5 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (((๐ดโ†‘(ฯ•โ€˜๐‘ƒ)) ยท ๐ด) mod ๐‘ƒ) = ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ))
3833mulid2d 7975 . . . . . 6 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ (1 ยท ๐ด) = ๐ด)
3938oveq1d 5889 . . . . 5 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ((1 ยท ๐ด) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ))
4028, 37, 393eqtr3d 2218 . . . 4 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง (๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ))
41403expia 1205 . . 3 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ ((๐ด gcd ๐‘ƒ) = 1 โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ)))
4211, 41sylbid 150 . 2 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ)))
43 dvdsdc 11804 . . . 4 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„• โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ DECID ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด)
441, 43sylan 283 . . 3 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ DECID ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด)
45 exmiddc 836 . . 3 (DECID ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โ†’ (๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โˆจ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด))
4644, 45syl 14 . 2 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ (๐‘ƒ โˆฅ ๐ด โˆจ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ๐ด))
475, 42, 46mpjaod 718 1 ((๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘ƒ) mod ๐‘ƒ) = (๐ด mod ๐‘ƒ))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  ยฌ wn 3   โ†’ wi 4   โˆง wa 104   โˆจ wo 708  DECID wdc 834   โˆง w3a 978   = wceq 1353   โˆˆ wcel 2148   class class class wbr 4003  โ€˜cfv 5216  (class class class)co 5874  โ„‚cc 7808  1c1 7811   ยท cmul 7815   โˆ’ cmin 8127  โ„•cn 8918  โ„•0cn0 9175  โ„คcz 9252  โ„šcq 9618   mod cmo 10321  โ†‘cexp 10518   โˆฅ cdvds 11793   gcd cgcd 11942  โ„™cprime 12106  ฯ•cphi 12208
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 4118  ax-sep 4121  ax-nul 4129  ax-pow 4174  ax-pr 4209  ax-un 4433  ax-setind 4536  ax-iinf 4587  ax-cnex 7901  ax-resscn 7902  ax-1cn 7903  ax-1re 7904  ax-icn 7905  ax-addcl 7906  ax-addrcl 7907  ax-mulcl 7908  ax-mulrcl 7909  ax-addcom 7910  ax-mulcom 7911  ax-addass 7912  ax-mulass 7913  ax-distr 7914  ax-i2m1 7915  ax-0lt1 7916  ax-1rid 7917  ax-0id 7918  ax-rnegex 7919  ax-precex 7920  ax-cnre 7921  ax-pre-ltirr 7922  ax-pre-ltwlin 7923  ax-pre-lttrn 7924  ax-pre-apti 7925  ax-pre-ltadd 7926  ax-pre-mulgt0 7927  ax-pre-mulext 7928  ax-arch 7929  ax-caucvg 7930
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 3577  df-sn 3598  df-pr 3599  df-op 3601  df-uni 3810  df-int 3845  df-iun 3888  df-br 4004  df-opab 4065  df-mpt 4066  df-tr 4102  df-id 4293  df-po 4296  df-iso 4297  df-iord 4366  df-on 4368  df-ilim 4369  df-suc 4371  df-iom 4590  df-xp 4632  df-rel 4633  df-cnv 4634  df-co 4635  df-dm 4636  df-rn 4637  df-res 4638  df-ima 4639  df-iota 5178  df-fun 5218  df-fn 5219  df-f 5220  df-f1 5221  df-fo 5222  df-f1o 5223  df-fv 5224  df-isom 5225  df-riota 5830  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpo 5879  df-1st 6140  df-2nd 6141  df-recs 6305  df-irdg 6370  df-frec 6391  df-1o 6416  df-2o 6417  df-oadd 6420  df-er 6534  df-en 6740  df-dom 6741  df-fin 6742  df-sup 6982  df-pnf 7993  df-mnf 7994  df-xr 7995  df-ltxr 7996  df-le 7997  df-sub 8129  df-neg 8130  df-reap 8531  df-ap 8538  df-div 8629  df-inn 8919  df-2 8977  df-3 8978  df-4 8979  df-n0 9176  df-z 9253  df-uz 9528  df-q 9619  df-rp 9653  df-fz 10008  df-fzo 10142  df-fl 10269  df-mod 10322  df-seqfrec 10445  df-exp 10519  df-ihash 10755  df-cj 10850  df-re 10851  df-im 10852  df-rsqrt 11006  df-abs 11007  df-clim 11286  df-proddc 11558  df-dvds 11794  df-gcd 11943  df-prm 12107  df-phi 12210
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator