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

Theorem divalgmod 15337
Description: The result of the mod operator satisfies the requirements for the remainder 𝑅 in the division algorithm for a positive divisor (compare divalg2 15336 and divalgb 15335). This demonstration theorem justifies the use of mod to yield an explicit remainder from this point forward. (Contributed by Paul Chapman, 31-Mar-2011.) (Revised by AV, 21-Aug-2021.)
Assertion
Ref Expression
divalgmod ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ (𝑅 ∈ ℕ0 ∧ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅)))))

Proof of Theorem divalgmod
Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ovex 6823 . . . . . 6 (𝑁 mod 𝐷) ∈ V
21snid 4347 . . . . 5 (𝑁 mod 𝐷) ∈ {(𝑁 mod 𝐷)}
3 eleq1 2838 . . . . 5 (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)} ↔ (𝑁 mod 𝐷) ∈ {(𝑁 mod 𝐷)}))
42, 3mpbiri 248 . . . 4 (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) → 𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)})
5 elsni 4333 . . . 4 (𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)} → 𝑅 = (𝑁 mod 𝐷))
64, 5impbii 199 . . 3 (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ 𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)})
7 zre 11583 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℝ)
8 nnrp 12045 . . . . . . . . 9 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℝ+)
9 modlt 12887 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ+) → (𝑁 mod 𝐷) < 𝐷)
107, 8, 9syl2an 583 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) < 𝐷)
11 nnre 11229 . . . . . . . . . . . 12 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℝ)
12 nnne0 11255 . . . . . . . . . . . 12 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ≠ 0)
13 redivcl 10946 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ≠ 0) → (𝑁 / 𝐷) ∈ ℝ)
147, 11, 12, 13syl3an 1163 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 / 𝐷) ∈ ℝ)
15143anidm23 1531 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 / 𝐷) ∈ ℝ)
1615flcld 12807 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℤ)
17 nnz 11601 . . . . . . . . . 10 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℤ)
1817adantl 467 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℤ)
19 zmodcl 12898 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℕ0)
2019nn0zd 11682 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℤ)
21 zsubcl 11621 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℤ) → (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)) ∈ ℤ)
2220, 21syldan 579 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)) ∈ ℤ)
23 nncn 11230 . . . . . . . . . . . 12 (𝐷 ∈ ℕ → 𝐷 ∈ ℂ)
2423adantl 467 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∈ ℂ)
2516zcnd 11685 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℂ)
2624, 25mulcomd 10263 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) = ((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) · 𝐷))
27 modval 12878 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝐷 ∈ ℝ+) → (𝑁 mod 𝐷) = (𝑁 − (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷)))))
287, 8, 27syl2an 583 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) = (𝑁 − (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷)))))
2919nn0cnd 11555 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) ∈ ℂ)
30 zmulcl 11628 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐷 ∈ ℤ ∧ (⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℤ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) ∈ ℤ)
3117, 16, 30syl2an2 666 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) ∈ ℤ)
3231zcnd 11685 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) ∈ ℂ)
33 zcn 11584 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
3433adantr 466 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
3529, 32, 34subexsub 10651 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → ((𝑁 mod 𝐷) = (𝑁 − (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷)))) ↔ (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))))
3628, 35mpbid 222 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝐷 · (⌊‘(𝑁 / 𝐷))) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
3726, 36eqtr3d 2807 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → ((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) · 𝐷) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
38 dvds0lem 15201 . . . . . . . . 9 ((((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℤ ∧ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)) ∈ ℤ) ∧ ((⌊‘(𝑁 / 𝐷)) · 𝐷) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))) → 𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
3916, 18, 22, 37, 38syl31anc 1479 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → 𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
40 divalg2 15336 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → ∃!𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))
41 breq1 4789 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝑧 < 𝐷 ↔ (𝑁 mod 𝐷) < 𝐷))
42 oveq2 6801 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝑁𝑧) = (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))
4342breq2d 4798 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → (𝐷 ∥ (𝑁𝑧) ↔ 𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))))
4441, 43anbi12d 616 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (𝑁 mod 𝐷) → ((𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)) ↔ ((𝑁 mod 𝐷) < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷)))))
4544riota2 6776 . . . . . . . . 9 (((𝑁 mod 𝐷) ∈ ℕ0 ∧ ∃!𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) → (((𝑁 mod 𝐷) < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))) ↔ (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) = (𝑁 mod 𝐷)))
4619, 40, 45syl2anc 573 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (((𝑁 mod 𝐷) < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁 − (𝑁 mod 𝐷))) ↔ (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) = (𝑁 mod 𝐷)))
4710, 39, 46mpbi2and 691 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))) = (𝑁 mod 𝐷))
4847eqcomd 2777 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑁 mod 𝐷) = (𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))))
4948sneqd 4328 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → {(𝑁 mod 𝐷)} = {(𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))})
50 snriota 6784 . . . . . 6 (∃!𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)) → {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))} = {(𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))})
5140, 50syl 17 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))} = {(𝑧 ∈ ℕ0 (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)))})
5249, 51eqtr4d 2808 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → {(𝑁 mod 𝐷)} = {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))})
5352eleq2d 2836 . . 3 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 ∈ {(𝑁 mod 𝐷)} ↔ 𝑅 ∈ {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))}))
546, 53syl5bb 272 . 2 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ 𝑅 ∈ {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))}))
55 breq1 4789 . . . 4 (𝑧 = 𝑅 → (𝑧 < 𝐷𝑅 < 𝐷))
56 oveq2 6801 . . . . 5 (𝑧 = 𝑅 → (𝑁𝑧) = (𝑁𝑅))
5756breq2d 4798 . . . 4 (𝑧 = 𝑅 → (𝐷 ∥ (𝑁𝑧) ↔ 𝐷 ∥ (𝑁𝑅)))
5855, 57anbi12d 616 . . 3 (𝑧 = 𝑅 → ((𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧)) ↔ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅))))
5958elrab 3515 . 2 (𝑅 ∈ {𝑧 ∈ ℕ0 ∣ (𝑧 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑧))} ↔ (𝑅 ∈ ℕ0 ∧ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅))))
6054, 59syl6bb 276 1 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐷 ∈ ℕ) → (𝑅 = (𝑁 mod 𝐷) ↔ (𝑅 ∈ ℕ0 ∧ (𝑅 < 𝐷𝐷 ∥ (𝑁𝑅)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 382   = wceq 1631  wcel 2145  wne 2943  ∃!wreu 3063  {crab 3065  {csn 4316   class class class wbr 4786  cfv 6031  crio 6753  (class class class)co 6793  cc 10136  cr 10137  0cc0 10138   · cmul 10143   < clt 10276  cmin 10468   / cdiv 10886  cn 11222  0cn0 11494  cz 11579  +crp 12035  cfl 12799   mod cmo 12876  cdvds 15189
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-cnex 10194  ax-resscn 10195  ax-1cn 10196  ax-icn 10197  ax-addcl 10198  ax-addrcl 10199  ax-mulcl 10200  ax-mulrcl 10201  ax-mulcom 10202  ax-addass 10203  ax-mulass 10204  ax-distr 10205  ax-i2m1 10206  ax-1ne0 10207  ax-1rid 10208  ax-rnegex 10209  ax-rrecex 10210  ax-cnre 10211  ax-pre-lttri 10212  ax-pre-lttrn 10213  ax-pre-ltadd 10214  ax-pre-mulgt0 10215  ax-pre-sup 10216
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 835  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-uni 4575  df-iun 4656  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-om 7213  df-1st 7315  df-2nd 7316  df-wrecs 7559  df-recs 7621  df-rdg 7659  df-er 7896  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-sup 8504  df-inf 8505  df-pnf 10278  df-mnf 10279  df-xr 10280  df-ltxr 10281  df-le 10282  df-sub 10470  df-neg 10471  df-div 10887  df-nn 11223  df-2 11281  df-3 11282  df-n0 11495  df-z 11580  df-uz 11889  df-rp 12036  df-fz 12534  df-fl 12801  df-mod 12877  df-seq 13009  df-exp 13068  df-cj 14047  df-re 14048  df-im 14049  df-sqrt 14183  df-abs 14184  df-dvds 15190
This theorem is referenced by:  divalgmodcl  15339
  Copyright terms: Public domain W3C validator