MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  4001lem3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 4001lem3 17108
Description: Lemma for 4001prm 17110. Calculate a power mod. In decimal, we calculate 2↑1000 = 2↑800 · 2↑200≡2311 · 902 = 521𝑁 + 1 and finally 2↑(𝑁 − 1) = (2↑1000)↑4≡1↑4 = 1. (Contributed by Mario Carneiro, 3-Mar-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 20-Apr-2015.) (Proof shortened by AV, 16-Sep-2021.)
Hypothesis
Ref Expression
4001prm.1 𝑁 = 4001
Assertion
Ref Expression
4001lem3 ((2↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = (1 mod 𝑁)

Proof of Theorem 4001lem3
StepHypRef Expression
1 4001prm.1 . . 3 𝑁 = 4001
2 4nn0 12451 . . . . . 6 4 ∈ ℕ0
3 0nn0 12447 . . . . . 6 0 ∈ ℕ0
42, 3deccl 12654 . . . . 5 40 ∈ ℕ0
54, 3deccl 12654 . . . 4 400 ∈ ℕ0
6 1nn 12180 . . . 4 1 ∈ ℕ
75, 6decnncl 12659 . . 3 4001 ∈ ℕ
81, 7eqeltri 2833 . 2 𝑁 ∈ ℕ
9 2nn 12249 . 2 2 ∈ ℕ
10 2nn0 12449 . . . . 5 2 ∈ ℕ0
1110, 3deccl 12654 . . . 4 20 ∈ ℕ0
1211, 3deccl 12654 . . 3 200 ∈ ℕ0
1312, 3deccl 12654 . 2 2000 ∈ ℕ0
14 0z 12530 . 2 0 ∈ ℤ
15 1nn0 12448 . 2 1 ∈ ℕ0
16 10nn0 12657 . . . . 5 10 ∈ ℕ0
1716, 3deccl 12654 . . . 4 100 ∈ ℕ0
1817, 3deccl 12654 . . 3 1000 ∈ ℕ0
19 8nn0 12455 . . . . . 6 8 ∈ ℕ0
2019, 3deccl 12654 . . . . 5 80 ∈ ℕ0
2120, 3deccl 12654 . . . 4 800 ∈ ℕ0
22 5nn0 12452 . . . . . . 7 5 ∈ ℕ0
2322, 10deccl 12654 . . . . . 6 52 ∈ ℕ0
2423, 15deccl 12654 . . . . 5 521 ∈ ℕ0
2524nn0zi 12547 . . . 4 521 ∈ ℤ
26 3nn0 12450 . . . . . . 7 3 ∈ ℕ0
2710, 26deccl 12654 . . . . . 6 23 ∈ ℕ0
2827, 15deccl 12654 . . . . 5 231 ∈ ℕ0
2928, 15deccl 12654 . . . 4 2311 ∈ ℕ0
30 9nn0 12456 . . . . . 6 9 ∈ ℕ0
3130, 3deccl 12654 . . . . 5 90 ∈ ℕ0
3231, 10deccl 12654 . . . 4 902 ∈ ℕ0
3314001lem2 17107 . . . 4 ((2↑800) mod 𝑁) = (2311 mod 𝑁)
3414001lem1 17106 . . . 4 ((2↑200) mod 𝑁) = (902 mod 𝑁)
35 eqid 2737 . . . . 5 800 = 800
36 eqid 2737 . . . . 5 200 = 200
37 eqid 2737 . . . . . 6 80 = 80
38 eqid 2737 . . . . . 6 20 = 20
39 8p2e10 12719 . . . . . 6 (8 + 2) = 10
40 00id 11316 . . . . . 6 (0 + 0) = 0
4119, 3, 10, 3, 37, 38, 39, 40decadd 12693 . . . . 5 (80 + 20) = 100
4220, 3, 11, 3, 35, 36, 41, 40decadd 12693 . . . 4 (800 + 200) = 1000
4315dec0h 12661 . . . . . 6 1 = 01
44 eqid 2737 . . . . . . 7 400 = 400
4523nn0cni 12444 . . . . . . . 8 52 ∈ ℂ
4645addlidi 11329 . . . . . . 7 (0 + 52) = 52
47 eqid 2737 . . . . . . . 8 40 = 40
48 5cn 12264 . . . . . . . . . 10 5 ∈ ℂ
4948addridi 11328 . . . . . . . . 9 (5 + 0) = 5
5022dec0h 12661 . . . . . . . . 9 5 = 05
5149, 50eqtri 2760 . . . . . . . 8 (5 + 0) = 05
5240, 3eqeltri 2833 . . . . . . . . 9 (0 + 0) ∈ ℕ0
53 eqid 2737 . . . . . . . . 9 521 = 521
54 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 52 = 52
55 5t4e20 12741 . . . . . . . . . 10 (5 · 4) = 20
56 4cn 12261 . . . . . . . . . . 11 4 ∈ ℂ
57 2cn 12251 . . . . . . . . . . 11 2 ∈ ℂ
58 4t2e8 12339 . . . . . . . . . . 11 (4 · 2) = 8
5956, 57, 58mulcomli 11149 . . . . . . . . . 10 (2 · 4) = 8
602, 22, 10, 54, 55, 59decmul1 12703 . . . . . . . . 9 (52 · 4) = 208
6156mullidi 11145 . . . . . . . . . . 11 (1 · 4) = 4
6261, 40oveq12i 7374 . . . . . . . . . 10 ((1 · 4) + (0 + 0)) = (4 + 0)
6356addridi 11328 . . . . . . . . . 10 (4 + 0) = 4
6462, 63eqtri 2760 . . . . . . . . 9 ((1 · 4) + (0 + 0)) = 4
6523, 15, 52, 53, 2, 60, 64decrmanc 12696 . . . . . . . 8 ((521 · 4) + (0 + 0)) = 2084
6624nn0cni 12444 . . . . . . . . . . 11 521 ∈ ℂ
6766mul01i 11331 . . . . . . . . . 10 (521 · 0) = 0
6867oveq1i 7372 . . . . . . . . 9 ((521 · 0) + 5) = (0 + 5)
6948addlidi 11329 . . . . . . . . 9 (0 + 5) = 5
7068, 69, 503eqtri 2764 . . . . . . . 8 ((521 · 0) + 5) = 05
712, 3, 3, 22, 47, 51, 24, 22, 3, 65, 70decma2c 12692 . . . . . . 7 ((521 · 40) + (5 + 0)) = 20845
7267oveq1i 7372 . . . . . . . 8 ((521 · 0) + 2) = (0 + 2)
7357addlidi 11329 . . . . . . . 8 (0 + 2) = 2
7410dec0h 12661 . . . . . . . 8 2 = 02
7572, 73, 743eqtri 2764 . . . . . . 7 ((521 · 0) + 2) = 02
764, 3, 22, 10, 44, 46, 24, 10, 3, 71, 75decma2c 12692 . . . . . 6 ((521 · 400) + (0 + 52)) = 208452
7745mulridi 11144 . . . . . . 7 (52 · 1) = 52
78 ax-1cn 11091 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
7978mullidi 11145 . . . . . . . . 9 (1 · 1) = 1
8079oveq1i 7372 . . . . . . . 8 ((1 · 1) + 1) = (1 + 1)
81 1p1e2 12296 . . . . . . . 8 (1 + 1) = 2
8280, 81eqtri 2760 . . . . . . 7 ((1 · 1) + 1) = 2
8323, 15, 15, 53, 15, 77, 82decrmanc 12696 . . . . . 6 ((521 · 1) + 1) = 522
845, 15, 3, 15, 1, 43, 24, 10, 23, 76, 83decma2c 12692 . . . . 5 ((521 · 𝑁) + 1) = 2084522
85 eqid 2737 . . . . . 6 902 = 902
86 6nn0 12453 . . . . . . . 8 6 ∈ ℕ0
872, 86deccl 12654 . . . . . . 7 46 ∈ ℕ0
8887, 10deccl 12654 . . . . . 6 462 ∈ ℕ0
89 eqid 2737 . . . . . . 7 90 = 90
90 eqid 2737 . . . . . . 7 462 = 462
91 eqid 2737 . . . . . . . 8 2311 = 2311
9287nn0cni 12444 . . . . . . . . 9 46 ∈ ℂ
9392addridi 11328 . . . . . . . 8 (46 + 0) = 46
94 4p1e5 12317 . . . . . . . . . 10 (4 + 1) = 5
9594, 22eqeltri 2833 . . . . . . . . 9 (4 + 1) ∈ ℕ0
96 eqid 2737 . . . . . . . . 9 231 = 231
97 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 23 = 23
98 9cn 12276 . . . . . . . . . . . 12 9 ∈ ℂ
99 9t2e18 12761 . . . . . . . . . . . 12 (9 · 2) = 18
10098, 57, 99mulcomli 11149 . . . . . . . . . . 11 (2 · 9) = 18
10115, 19, 10, 100, 81, 39decaddci2 12701 . . . . . . . . . 10 ((2 · 9) + 2) = 20
102 7nn0 12454 . . . . . . . . . . 11 7 ∈ ℕ0
103 7p1e8 12320 . . . . . . . . . . 11 (7 + 1) = 8
104 3cn 12257 . . . . . . . . . . . 12 3 ∈ ℂ
105 9t3e27 12762 . . . . . . . . . . . 12 (9 · 3) = 27
10698, 104, 105mulcomli 11149 . . . . . . . . . . 11 (3 · 9) = 27
10710, 102, 103, 106decsuc 12670 . . . . . . . . . 10 ((3 · 9) + 1) = 28
10810, 26, 15, 97, 30, 19, 10, 101, 107decrmac 12697 . . . . . . . . 9 ((23 · 9) + 1) = 208
10998mullidi 11145 . . . . . . . . . . 11 (1 · 9) = 9
110109, 94oveq12i 7374 . . . . . . . . . 10 ((1 · 9) + (4 + 1)) = (9 + 5)
111 9p5e14 12729 . . . . . . . . . 10 (9 + 5) = 14
112110, 111eqtri 2760 . . . . . . . . 9 ((1 · 9) + (4 + 1)) = 14
11327, 15, 95, 96, 30, 2, 15, 108, 112decrmac 12697 . . . . . . . 8 ((231 · 9) + (4 + 1)) = 2084
114109oveq1i 7372 . . . . . . . . 9 ((1 · 9) + 6) = (9 + 6)
115 9p6e15 12730 . . . . . . . . 9 (9 + 6) = 15
116114, 115eqtri 2760 . . . . . . . 8 ((1 · 9) + 6) = 15
11728, 15, 2, 86, 91, 93, 30, 22, 15, 113, 116decmac 12691 . . . . . . 7 ((2311 · 9) + (46 + 0)) = 20845
11829nn0cni 12444 . . . . . . . . . 10 2311 ∈ ℂ
119118mul01i 11331 . . . . . . . . 9 (2311 · 0) = 0
120119oveq1i 7372 . . . . . . . 8 ((2311 · 0) + 2) = (0 + 2)
121120, 73, 743eqtri 2764 . . . . . . 7 ((2311 · 0) + 2) = 02
12230, 3, 87, 10, 89, 90, 29, 10, 3, 117, 121decma2c 12692 . . . . . 6 ((2311 · 90) + 462) = 208452
123 2t2e4 12335 . . . . . . . . 9 (2 · 2) = 4
124 3t2e6 12337 . . . . . . . . 9 (3 · 2) = 6
12510, 10, 26, 97, 123, 124decmul1 12703 . . . . . . . 8 (23 · 2) = 46
12657mullidi 11145 . . . . . . . 8 (1 · 2) = 2
12710, 27, 15, 96, 125, 126decmul1 12703 . . . . . . 7 (231 · 2) = 462
12810, 28, 15, 91, 127, 126decmul1 12703 . . . . . 6 (2311 · 2) = 4622
12929, 31, 10, 85, 10, 88, 122, 128decmul2c 12705 . . . . 5 (2311 · 902) = 2084522
13084, 129eqtr4i 2763 . . . 4 ((521 · 𝑁) + 1) = (2311 · 902)
1318, 9, 21, 25, 29, 15, 12, 32, 33, 34, 42, 130modxai 17034 . . 3 ((2↑1000) mod 𝑁) = (1 mod 𝑁)
13218nn0cni 12444 . . . 4 1000 ∈ ℂ
133 eqid 2737 . . . . 5 1000 = 1000
134 eqid 2737 . . . . . 6 100 = 100
13510dec0u 12660 . . . . . 6 (10 · 2) = 20
13657mul02i 11330 . . . . . 6 (0 · 2) = 0
13710, 16, 3, 134, 135, 136decmul1 12703 . . . . 5 (100 · 2) = 200
13810, 17, 3, 133, 137, 136decmul1 12703 . . . 4 (1000 · 2) = 2000
139132, 57, 138mulcomli 11149 . . 3 (2 · 1000) = 2000
1408nncni 12179 . . . . . 6 𝑁 ∈ ℂ
141140mul02i 11330 . . . . 5 (0 · 𝑁) = 0
142141oveq1i 7372 . . . 4 ((0 · 𝑁) + 1) = (0 + 1)
14378addlidi 11329 . . . . 5 (0 + 1) = 1
14479, 143eqtr4i 2763 . . . 4 (1 · 1) = (0 + 1)
145142, 144eqtr4i 2763 . . 3 ((0 · 𝑁) + 1) = (1 · 1)
1468, 9, 18, 14, 15, 15, 131, 139, 145mod2xi 17035 . 2 ((2↑2000) mod 𝑁) = (1 mod 𝑁)
14713nn0cni 12444 . . . 4 2000 ∈ ℂ
148 eqid 2737 . . . . 5 2000 = 2000
14910, 10, 3, 38, 123, 136decmul1 12703 . . . . . 6 (20 · 2) = 40
15010, 11, 3, 36, 149, 136decmul1 12703 . . . . 5 (200 · 2) = 400
15110, 12, 3, 148, 150, 136decmul1 12703 . . . 4 (2000 · 2) = 4000
152147, 57, 151mulcomli 11149 . . 3 (2 · 2000) = 4000
1535, 3deccl 12654 . . . . 5 4000 ∈ ℕ0
154153nn0cni 12444 . . . 4 4000 ∈ ℂ
155 eqid 2737 . . . . . 6 4000 = 4000
1565, 3, 143, 155decsuc 12670 . . . . 5 (4000 + 1) = 4001
1571, 156eqtr4i 2763 . . . 4 𝑁 = (4000 + 1)
158154, 78, 157mvrraddi 11405 . . 3 (𝑁 − 1) = 4000
159152, 158eqtr4i 2763 . 2 (2 · 2000) = (𝑁 − 1)
1608, 9, 13, 14, 15, 15, 146, 159, 145mod2xi 17035 1 ((2↑(𝑁 − 1)) mod 𝑁) = (1 mod 𝑁)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   = wceq 1542  (class class class)co 7362  0cc0 11033  1c1 11034   + caddc 11036   · cmul 11038  cmin 11372  cn 12169  2c2 12231  3c3 12232  4c4 12233  5c5 12234  6c6 12235  7c7 12236  8c8 12237  9c9 12238  0cn0 12432  cdc 12639   mod cmo 13823  cexp 14018
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5304  ax-pr 5372  ax-un 7684  ax-cnex 11089  ax-resscn 11090  ax-1cn 11091  ax-icn 11092  ax-addcl 11093  ax-addrcl 11094  ax-mulcl 11095  ax-mulrcl 11096  ax-mulcom 11097  ax-addass 11098  ax-mulass 11099  ax-distr 11100  ax-i2m1 11101  ax-1ne0 11102  ax-1rid 11103  ax-rnegex 11104  ax-rrecex 11105  ax-cnre 11106  ax-pre-lttri 11107  ax-pre-lttrn 11108  ax-pre-ltadd 11109  ax-pre-mulgt0 11110  ax-pre-sup 11111
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5521  df-eprel 5526  df-po 5534  df-so 5535  df-fr 5579  df-we 5581  df-xp 5632  df-rel 5633  df-cnv 5634  df-co 5635  df-dm 5636  df-rn 5637  df-res 5638  df-ima 5639  df-pred 6261  df-ord 6322  df-on 6323  df-lim 6324  df-suc 6325  df-iota 6450  df-fun 6496  df-fn 6497  df-f 6498  df-f1 6499  df-fo 6500  df-f1o 6501  df-fv 6502  df-riota 7319  df-ov 7365  df-oprab 7366  df-mpo 7367  df-om 7813  df-2nd 7938  df-frecs 8226  df-wrecs 8257  df-recs 8306  df-rdg 8344  df-er 8638  df-en 8889  df-dom 8890  df-sdom 8891  df-sup 9350  df-inf 9351  df-pnf 11176  df-mnf 11177  df-xr 11178  df-ltxr 11179  df-le 11180  df-sub 11374  df-neg 11375  df-div 11803  df-nn 12170  df-2 12239  df-3 12240  df-4 12241  df-5 12242  df-6 12243  df-7 12244  df-8 12245  df-9 12246  df-n0 12433  df-z 12520  df-dec 12640  df-uz 12784  df-rp 12938  df-fl 13746  df-mod 13824  df-seq 13959  df-exp 14019
This theorem is referenced by:  4001prm  17110
  Copyright terms: Public domain W3C validator