Theorem oddpwdc 12315

Description: The function 𝐹 that decomposes a number into its "odd" and "even" parts, which is to say the largest power of two and largest odd divisor of a number, is a bijection from pairs of a nonnegative integer and an odd number to positive integers. (Contributed by Thierry Arnoux, 15-Aug-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
oddpwdc.j	⊢ 𝐽 = {𝑧 ∈ ℕ ∣ ¬ 2 ∥ 𝑧}
oddpwdc.f	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝐽, 𝑦 ∈ ℕ0 ↦ ((2↑𝑦) · 𝑥))

Assertion

Ref	Expression
oddpwdc	⊢ 𝐹:(𝐽 × ℕ0)–1-1-onto→ℕ

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧   𝑥,𝐽,𝑦

Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑦,𝑧)   𝐽(𝑧)

Proof of Theorem oddpwdc

Dummy variable 𝑎 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oddpwdc.f	. . 3 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝐽, 𝑦 ∈ ℕ0 ↦ ((2↑𝑦) · 𝑥))
2		2cnd 9057	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 2 ∈ ℂ)
3		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑦 ∈ ℕ0)
4	2, 3	expcld 10747	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (2↑𝑦) ∈ ℂ)
5		breq2 4034	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (2 ∥ 𝑧 ↔ 2 ∥ 𝑥))
6	5	notbid 668	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (¬ 2 ∥ 𝑧 ↔ ¬ 2 ∥ 𝑥))
7		oddpwdc.j	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐽 = {𝑧 ∈ ℕ ∣ ¬ 2 ∥ 𝑧}
8	6, 7	elrab2 2920	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐽 ↔ (𝑥 ∈ ℕ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑥))
9	8	simplbi 274	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐽 → 𝑥 ∈ ℕ)
10	9	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑥 ∈ ℕ)
11	10	nncnd 8998	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑥 ∈ ℂ)
12	4, 11	mulcld 8042	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((2↑𝑦) · 𝑥) ∈ ℂ)
13	12	adantl 277	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ (𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0)) → ((2↑𝑦) · 𝑥) ∈ ℂ)
14		nnnn0 9250	. . . . . 6 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ → 𝑎 ∈ ℕ0)
15		2nn 9146	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℕ
16		pw2dvdseu 12309	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ → ∃!𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎))
17		riotacl 5889	. . . . . . . 8 ⊢ (∃!𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎) → (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)) ∈ ℕ0)
18	16, 17	syl 14	. . . . . . 7 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ → (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)) ∈ ℕ0)
19		nnexpcl 10626	. . . . . . 7 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)) ∈ ℕ0) → (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎))) ∈ ℕ)
20	15, 18, 19	sylancr 414	. . . . . 6 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ → (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎))) ∈ ℕ)
21		nn0nndivcl 9305	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 ∈ ℕ0 ∧ (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎))) ∈ ℕ) → (𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∈ ℝ)
22	14, 20, 21	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ → (𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∈ ℝ)
23	22, 18	jca 306	. . . 4 ⊢ (𝑎 ∈ ℕ → ((𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∈ ℝ ∧ (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)) ∈ ℕ0))
24	23	adantl 277	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑎 ∈ ℕ) → ((𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∈ ℝ ∧ (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)) ∈ ℕ0))
25	8	anbi1i 458	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ↔ ((𝑥 ∈ ℕ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ℕ0))
26	25	anbi1i 458	. . . . 5 ⊢ (((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ 𝑎 = ((2↑𝑦) · 𝑥)) ↔ (((𝑥 ∈ ℕ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ 𝑎 = ((2↑𝑦) · 𝑥)))
27		oddpwdclemdc 12314	. . . . 5 ⊢ ((((𝑥 ∈ ℕ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ 𝑎 = ((2↑𝑦) · 𝑥)) ↔ (𝑎 ∈ ℕ ∧ (𝑥 = (𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∧ 𝑦 = (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))))
28	26, 27	bitri 184	. . . 4 ⊢ (((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ 𝑎 = ((2↑𝑦) · 𝑥)) ↔ (𝑎 ∈ ℕ ∧ (𝑥 = (𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∧ 𝑦 = (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))))
29	28	a1i 9	. . 3 ⊢ (⊤ → (((𝑥 ∈ 𝐽 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ 𝑎 = ((2↑𝑦) · 𝑥)) ↔ (𝑎 ∈ ℕ ∧ (𝑥 = (𝑎 / (2↑(℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎)))) ∧ 𝑦 = (℩𝑧 ∈ ℕ0 ((2↑𝑧) ∥ 𝑎 ∧ ¬ (2↑(𝑧 + 1)) ∥ 𝑎))))))
30	1, 13, 24, 29	f1od2 6290	. 2 ⊢ (⊤ → 𝐹:(𝐽 × ℕ0)–1-1-onto→ℕ)
31	30	mptru 1373	1 ⊢ 𝐹:(𝐽 × ℕ0)–1-1-onto→ℕ

Syntax hints:  ¬ wn 3   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1364  ⊤wtru 1365   ∈ wcel 2164  ∃!wreu 2474  {crab 2476   class class class wbr 4030   × cxp 4658  –1-1-onto→wf1o 5254  ℩crio 5873  (class class class)co 5919   ∈ cmpo 5921  ℂcc 7872  ℝcr 7873  1c1 7875   + caddc 7877   · cmul 7879   / cdiv 8693  ℕcn 8984  2c2 9035  ℕ₀cn0 9243  ↑cexp 10612   ∥ cdvds 11933

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 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4145  ax-sep 4148  ax-nul 4156  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-setind 4570  ax-iinf 4621  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1cn 7967  ax-1re 7968  ax-icn 7969  ax-addcl 7970  ax-addrcl 7971  ax-mulcl 7972  ax-mulrcl 7973  ax-addcom 7974  ax-mulcom 7975  ax-addass 7976  ax-mulass 7977  ax-distr 7978  ax-i2m1 7979  ax-0lt1 7980  ax-1rid 7981  ax-0id 7982  ax-rnegex 7983  ax-precex 7984  ax-cnre 7985  ax-pre-ltirr 7986  ax-pre-ltwlin 7987  ax-pre-lttrn 7988  ax-pre-apti 7989  ax-pre-ltadd 7990  ax-pre-mulgt0 7991  ax-pre-mulext 7992  ax-arch 7993

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-nul 3448  df-if 3559  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-iun 3915  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-tr 4129  df-id 4325  df-po 4328  df-iso 4329  df-iord 4398  df-on 4400  df-ilim 4401  df-suc 4403  df-iom 4624  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-ima 4673  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-riota 5874  df-ov 5922  df-oprab 5923  df-mpo 5924  df-1st 6195  df-2nd 6196  df-recs 6360  df-frec 6446  df-pnf 8058  df-mnf 8059  df-xr 8060  df-ltxr 8061  df-le 8062  df-sub 8194  df-neg 8195  df-reap 8596  df-ap 8603  df-div 8694  df-inn 8985  df-2 9043  df-n0 9244  df-z 9321  df-uz 9596  df-q 9688  df-rp 9723  df-fz 10078  df-fl 10342  df-mod 10397  df-seqfrec 10522  df-exp 10613  df-dvds 11934

This theorem is referenced by:  sqpweven  12316  2sqpwodd  12317  xpnnen  12554