Theorem cshwsidrepsw 17179

Description: If cyclically shifting a word of length being a prime number by a number of positions which is not divisible by the prime number results in the word itself, the word is a "repeated symbol word". (Contributed by AV, 18-May-2018.) (Revised by AV, 10-Nov-2018.)

Assertion

Ref	Expression
cshwsidrepsw	⊢ ((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) → ((𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊) → 𝑊 = ((𝑊‘0) repeatS (♯‘𝑊))))

Proof of Theorem cshwsidrepsw

Dummy variables 𝑖 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpr 490	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) → (♯‘𝑊) ∈ ℙ)
2	1	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → (♯‘𝑊) ∈ ℙ)
3		simp1 1154	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊) → 𝐿 ∈ ℤ)
4	3	adantl 487	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → 𝐿 ∈ ℤ)
5		simpr2 1214	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0)
6	2, 4, 5	3jca 1146	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → ((♯‘𝑊) ∈ ℙ ∧ 𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0))
7	6	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → ((♯‘𝑊) ∈ ℙ ∧ 𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0))
8		simpr 490	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))
9		modprmn0modprm0 16893	. . . . . 6 ⊢ (((♯‘𝑊) ∈ ℙ ∧ 𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0) → (𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) → ∃𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊))((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0))
10	7, 8, 9	sylc 66	. . . . 5 ⊢ ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → ∃𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊))((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0)
11		oveq1 7426	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝑘 · 𝐿) = (𝑗 · 𝐿))
12	11	oveq2d 7435	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝑖 + (𝑘 · 𝐿)) = (𝑖 + (𝑗 · 𝐿)))
13	12	fvoveq1d 7441	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝑊‘((𝑖 + (𝑘 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))) = (𝑊‘((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))))
14	13	eqeq2d 2776	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → ((𝑊‘𝑖) = (𝑊‘((𝑖 + (𝑘 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))) ↔ (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)))))
15		simpl 488	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) → 𝑊 ∈ Word 𝑉)
16	15, 3	anim12i 625	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → (𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ 𝐿 ∈ ℤ))
17	16	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → (𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ 𝐿 ∈ ℤ))
18	17	adantl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → (𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ 𝐿 ∈ ℤ))
19		simpr3 1215	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)
20	19	anim1i 627	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → ((𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊 ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))))
21	20	adantl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → ((𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊 ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))))
22		cshweqrep 14886	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ 𝐿 ∈ ℤ) → (((𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊 ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → ∀𝑘 ∈ ℕ0 (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘((𝑖 + (𝑘 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)))))
23	18, 21, 22	sylc 66	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → ∀𝑘 ∈ ℕ0 (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘((𝑖 + (𝑘 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))))
24		elfzonn0 13757	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) → 𝑗 ∈ ℕ0)
25	24	ad2antrr 739	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → 𝑗 ∈ ℕ0)
26	14, 23, 25	rspcdva 3584	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))))
27		fveq2 6885	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0 → (𝑊‘((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))) = (𝑊‘0))
28	27	adantl 487	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) → (𝑊‘((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))) = (𝑊‘0))
29	28	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → (𝑊‘((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊))) = (𝑊‘0))
30	26, 29	eqtrd 2800	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) ∧ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊)))) → (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0))
31	30	ex 418	. . . . . 6 ⊢ ((𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊)) ∧ ((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0) → ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0)))
32	31	rexlimiva 3160	. . . . 5 ⊢ (∃𝑗 ∈ (0..^(♯‘𝑊))((𝑖 + (𝑗 · 𝐿)) mod (♯‘𝑊)) = 0 → ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0)))
33	10, 32	mpcom 39	. . . 4 ⊢ ((((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) ∧ 𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))) → (𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0))
34	33	ralrimiva 3159	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → ∀𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))(𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0))
35		repswsymballbi 14845	. . . 4 ⊢ (𝑊 ∈ Word 𝑉 → (𝑊 = ((𝑊‘0) repeatS (♯‘𝑊)) ↔ ∀𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))(𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0)))
36	35	ad2antrr 739	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → (𝑊 = ((𝑊‘0) repeatS (♯‘𝑊)) ↔ ∀𝑖 ∈ (0..^(♯‘𝑊))(𝑊‘𝑖) = (𝑊‘0)))
37	34, 36	mpbird 260	. 2 ⊢ (((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) ∧ (𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊)) → 𝑊 = ((𝑊‘0) repeatS (♯‘𝑊)))
38	37	ex 418	1 ⊢ ((𝑊 ∈ Word 𝑉 ∧ (♯‘𝑊) ∈ ℙ) → ((𝐿 ∈ ℤ ∧ (𝐿 mod (♯‘𝑊)) ≠ 0 ∧ (𝑊 cyclShift 𝐿) = 𝑊) → 𝑊 = ((𝑊‘0) repeatS (♯‘𝑊))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2146   ≠ wne 2960  ∀wral 3081  ∃wrex 3091  ‘cfv 6540  (class class class)co 7419  0cc0 11119   + caddc 11122   · cmul 11124  ℕ₀cn0 12523  ℤcz 12610  ..^cfzo 13703   mod cmo 13924  ♯chash 14388  Word cword 14572   repeatS creps 14833   cyclShift ccsh 14853  ℙcprime 16755

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11175  ax-resscn 11176  ax-1cn 11177  ax-icn 11178  ax-addcl 11179  ax-addrcl 11180  ax-mulcl 11181  ax-mulrcl 11182  ax-mulcom 11183  ax-addass 11184  ax-mulass 11185  ax-distr 11186  ax-i2m1 11187  ax-1ne0 11188  ax-1rid 11189  ax-rnegex 11190  ax-rrecex 11191  ax-cnre 11192  ax-pre-lttri 11193  ax-pre-lttrn 11194  ax-pre-ltadd 11195  ax-pre-mulgt0 11196  ax-pre-sup 11197

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7376  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7869  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-2o 8460  df-oadd 8463  df-er 8700  df-en 8950  df-dom 8951  df-sdom 8952  df-fin 8953  df-sup 9409  df-inf 9410  df-dju 9903  df-card 9941  df-pnf 11264  df-mnf 11265  df-xr 11266  df-ltxr 11267  df-le 11268  df-sub 11462  df-neg 11463  df-div 11891  df-nn 12253  df-2 12322  df-3 12323  df-n0 12524  df-xnn0 12597  df-z 12611  df-uz 12883  df-rp 13037  df-fz 13556  df-fzo 13704  df-fl 13847  df-mod 13925  df-seq 14060  df-exp 14120  df-hash 14389  df-word 14573  df-concat 14630  df-substr 14703  df-pfx 14735  df-reps 14834  df-csh 14854  df-cj 15178  df-re 15179  df-im 15180  df-sqrt 15314  df-abs 15315  df-dvds 16337  df-gcd 16579  df-prm 16756  df-phi 16851

This theorem is used by:  cshwsidrepswmod0  17180