Theorem modqmuladd 10518

Description: Decomposition of an integer into a multiple of a modulus and a remainder. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Oct-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
modqmuladd.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
modqmuladd.bq	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℚ)
modqmuladd.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ (0[,)𝑀))
modqmuladd.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℚ)
modqmuladd.mgt0	⊢ (𝜑 → 0 < 𝑀)

Assertion

Ref	Expression
modqmuladd	⊢ (𝜑 → ((𝐴 mod 𝑀) = 𝐵 ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝐵,𝑘   𝑘,𝑀   𝜑,𝑘

Proof of Theorem modqmuladd

Step	Hyp	Ref	Expression
1		modqmuladd.a	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
2		zq 9754	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → 𝐴 ∈ ℚ)
3	1, 2	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℚ)
4		modqmuladd.m	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℚ)
5		modqmuladd.mgt0	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝑀)
6	5	gt0ne0d 8592	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 0)
7		qdivcl 9771	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑀 ∈ ℚ ∧ 𝑀 ≠ 0) → (𝐴 / 𝑀) ∈ ℚ)
8	3, 4, 6, 7	syl3anc 1250	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 / 𝑀) ∈ ℚ)
9	8	flqcld 10427	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (⌊‘(𝐴 / 𝑀)) ∈ ℤ)
10		oveq1 5958	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = (⌊‘(𝐴 / 𝑀)) → (𝑘 · 𝑀) = ((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀))
11	10	oveq1d 5966	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = (⌊‘(𝐴 / 𝑀)) → ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)) = (((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)))
12	11	eqeq2d 2218	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = (⌊‘(𝐴 / 𝑀)) → (𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)) ↔ 𝐴 = (((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀))))
13	12	adantl 277	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 = (⌊‘(𝐴 / 𝑀))) → (𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)) ↔ 𝐴 = (((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀))))
14		flqpmodeq 10479	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℚ ∧ 𝑀 ∈ ℚ ∧ 0 < 𝑀) → (((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)) = 𝐴)
15	3, 4, 5, 14	syl3anc 1250	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)) = 𝐴)
16	15	eqcomd 2212	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 = (((⌊‘(𝐴 / 𝑀)) · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)))
17	9, 13, 16	rspcedvd 2884	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)))
18		oveq2 5959	. . . . . 6 ⊢ (𝐵 = (𝐴 mod 𝑀) → ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀)))
19	18	eqeq2d 2218	. . . . 5 ⊢ (𝐵 = (𝐴 mod 𝑀) → (𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) ↔ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀))))
20	19	eqcoms 2209	. . . 4 ⊢ ((𝐴 mod 𝑀) = 𝐵 → (𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) ↔ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀))))
21	20	rexbidv 2508	. . 3 ⊢ ((𝐴 mod 𝑀) = 𝐵 → (∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + (𝐴 mod 𝑀))))
22	17, 21	syl5ibrcom 157	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 mod 𝑀) = 𝐵 → ∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)))
23		oveq1 5958	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) → (𝐴 mod 𝑀) = (((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) mod 𝑀))
24	23	adantl 277	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → (𝐴 mod 𝑀) = (((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) mod 𝑀))
25		simplr 528	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → 𝑘 ∈ ℤ)
26	4	ad2antrr 488	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → 𝑀 ∈ ℚ)
27		modqmuladd.bq	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℚ)
28	27	ad2antrr 488	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → 𝐵 ∈ ℚ)
29		modqmuladd.b	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ (0[,)𝑀))
30	29	ad2antrr 488	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → 𝐵 ∈ (0[,)𝑀))
31		mulqaddmodid 10516	. . . . . 6 ⊢ (((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℚ) ∧ (𝐵 ∈ ℚ ∧ 𝐵 ∈ (0[,)𝑀))) → (((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) mod 𝑀) = 𝐵)
32	25, 26, 28, 30, 31	syl22anc 1251	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → (((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) mod 𝑀) = 𝐵)
33	24, 32	eqtrd 2239	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) ∧ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)) → (𝐴 mod 𝑀) = 𝐵)
34	33	ex 115	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) → (𝐴 mod 𝑀) = 𝐵))
35	34	rexlimdva 2624	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵) → (𝐴 mod 𝑀) = 𝐵))
36	22, 35	impbid 129	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 mod 𝑀) = 𝐵 ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑘 · 𝑀) + 𝐵)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1373   ∈ wcel 2177   ≠ wne 2377  ∃wrex 2486   class class class wbr 4047  ‘cfv 5276  (class class class)co 5951  0cc0 7932   + caddc 7935   · cmul 7937   < clt 8114   / cdiv 8752  ℤcz 9379  ℚcq 9747  [,)cico 10019  ⌊cfl 10418   mod cmo 10474

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 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-sep 4166  ax-pow 4222  ax-pr 4257  ax-un 4484  ax-setind 4589  ax-cnex 8023  ax-resscn 8024  ax-1cn 8025  ax-1re 8026  ax-icn 8027  ax-addcl 8028  ax-addrcl 8029  ax-mulcl 8030  ax-mulrcl 8031  ax-addcom 8032  ax-mulcom 8033  ax-addass 8034  ax-mulass 8035  ax-distr 8036  ax-i2m1 8037  ax-0lt1 8038  ax-1rid 8039  ax-0id 8040  ax-rnegex 8041  ax-precex 8042  ax-cnre 8043  ax-pre-ltirr 8044  ax-pre-ltwlin 8045  ax-pre-lttrn 8046  ax-pre-apti 8047  ax-pre-ltadd 8048  ax-pre-mulgt0 8049  ax-pre-mulext 8050  ax-arch 8051

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rmo 2493  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3000  df-csb 3095  df-dif 3169  df-un 3171  df-in 3173  df-ss 3180  df-pw 3619  df-sn 3640  df-pr 3641  df-op 3643  df-uni 3853  df-int 3888  df-iun 3931  df-br 4048  df-opab 4110  df-mpt 4111  df-id 4344  df-po 4347  df-iso 4348  df-xp 4685  df-rel 4686  df-cnv 4687  df-co 4688  df-dm 4689  df-rn 4690  df-res 4691  df-ima 4692  df-iota 5237  df-fun 5278  df-fn 5279  df-f 5280  df-fv 5284  df-riota 5906  df-ov 5954  df-oprab 5955  df-mpo 5956  df-1st 6233  df-2nd 6234  df-pnf 8116  df-mnf 8117  df-xr 8118  df-ltxr 8119  df-le 8120  df-sub 8252  df-neg 8253  df-reap 8655  df-ap 8662  df-div 8753  df-inn 9044  df-n0 9303  df-z 9380  df-q 9748  df-rp 9783  df-ico 10023  df-fl 10420  df-mod 10475

This theorem is referenced by:  modqmuladdim  10519