Theorem eulerthlem1 16112

Description: Lemma for eulerth 16114. (Contributed by Mario Carneiro, 8-May-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
eulerth.1	⊢ (𝜑 → (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐴 gcd 𝑁) = 1))
eulerth.2	⊢ 𝑆 = {𝑦 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑦 gcd 𝑁) = 1}
eulerth.3	⊢ 𝑇 = (1...(ϕ‘𝑁))
eulerth.4	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆)
eulerth.5	⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁))

Assertion

Ref	Expression
eulerthlem1	⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑇⟶𝑆)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝑁,𝑦   𝑥,𝑆   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑇,𝑦

Allowed substitution hint:   𝑆(𝑦)

Proof of Theorem eulerthlem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eulerth.1	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐴 gcd 𝑁) = 1))
2	1	simp2d 1139	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
3	2	adantr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝐴 ∈ ℤ)
4		eulerth.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆)
5		f1of 6610	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆 → 𝐹:𝑇⟶𝑆)
6	4, 5	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶𝑆)
7	6	ffvelrnda 6846	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ 𝑆)
8		oveq1 7157	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = (𝐹‘𝑥) → (𝑦 gcd 𝑁) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
9	8	eqeq1d 2823	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = (𝐹‘𝑥) → ((𝑦 gcd 𝑁) = 1 ↔ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
10		eulerth.2	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑆 = {𝑦 ∈ (0..^𝑁) ∣ (𝑦 gcd 𝑁) = 1}
11	9, 10	elrab2 3683	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ 𝑆 ↔ ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) ∧ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
12	7, 11	sylib 220	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) ∧ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
13	12	simpld 497	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁))
14		elfzoelz 13032	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ)
15	13, 14	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ)
16	3, 15	zmulcld 12087	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ)
17	1	simp1d 1138	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
18	17	adantr 483	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝑁 ∈ ℕ)
19		zmodfzo 13256	. . . 4 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁))
20	16, 18, 19	syl2anc 586	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁))
21		modgcd 15874	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁))
22	16, 18, 21	syl2anc 586	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁))
23	17	nnzd 12080	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
24	23	adantr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝑁 ∈ ℤ)
25		gcdcom 15856	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁) = (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))))
26	16, 24, 25	syl2anc 586	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁) = (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))))
27		gcdcom 15856	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) → (𝑁 gcd 𝐴) = (𝐴 gcd 𝑁))
28	23, 2, 27	syl2anc 586	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 gcd 𝐴) = (𝐴 gcd 𝑁))
29	1	simp3d 1140	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝑁) = 1)
30	28, 29	eqtrd 2856	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 gcd 𝐴) = 1)
31	30	adantr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd 𝐴) = 1)
32		gcdcom 15856	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
33	24, 15, 32	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
34	12	simprd 498	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1)
35	33, 34	eqtrd 2856	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1)
36		rpmul 15997	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ) → (((𝑁 gcd 𝐴) = 1 ∧ (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1))
37	24, 3, 15, 36	syl3anc 1367	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝑁 gcd 𝐴) = 1 ∧ (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1))
38	31, 35, 37	mp2and 697	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1)
39	22, 26, 38	3eqtrd 2860	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1)
40		oveq1 7157	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) → (𝑦 gcd 𝑁) = (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁))
41	40	eqeq1d 2823	. . . 4 ⊢ (𝑦 = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) → ((𝑦 gcd 𝑁) = 1 ↔ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1))
42	41, 10	elrab2 3683	. . 3 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ 𝑆 ↔ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁) ∧ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1))
43	20, 39, 42	sylanbrc 585	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ 𝑆)
44		eulerth.5	. 2 ⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁))
45	43, 44	fmptd 6873	1 ⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑇⟶𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   ∧ w3a 1083   = wceq 1533   ∈ wcel 2110  {crab 3142   ↦ cmpt 5139  ⟶wf 6346  –1-1-onto→wf1o 6349  ‘cfv 6350  (class class class)co 7150  0cc0 10531  1c1 10532   · cmul 10536  ℕcn 11632  ℤcz 11975  ...cfz 12886  ..^cfzo 13027   mod cmo 13231   gcd cgcd 15837  ϕcphi 16095

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2156  ax-12 2172  ax-ext 2793  ax-sep 5196  ax-nul 5203  ax-pow 5259  ax-pr 5322  ax-un 7455  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3497  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4562  df-pr 4564  df-tp 4566  df-op 4568  df-uni 4833  df-iun 4914  df-br 5060  df-opab 5122  df-mpt 5140  df-tr 5166  df-id 5455  df-eprel 5460  df-po 5469  df-so 5470  df-fr 5509  df-we 5511  df-xp 5556  df-rel 5557  df-cnv 5558  df-co 5559  df-dm 5560  df-rn 5561  df-res 5562  df-ima 5563  df-pred 6143  df-ord 6189  df-on 6190  df-lim 6191  df-suc 6192  df-iota 6309  df-fun 6352  df-fn 6353  df-f 6354  df-f1 6355  df-fo 6356  df-f1o 6357  df-fv 6358  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-1st 7683  df-2nd 7684  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-sup 8900  df-inf 8901  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-3 11695  df-n0 11892  df-z 11976  df-uz 12238  df-rp 12384  df-fz 12887  df-fzo 13028  df-fl 13156  df-mod 13232  df-seq 13364  df-exp 13424  df-cj 14452  df-re 14453  df-im 14454  df-sqrt 14588  df-abs 14589  df-dvds 15602  df-gcd 15838

This theorem is referenced by:  eulerthlem2  16113