Theorem eulerthlem1 16108

Description: Lemma for eulerth 16110. (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 1140	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
3	2	adantr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝐴 ∈ ℤ)
4		eulerth.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆)
5		f1of 6590	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐹:𝑇–1-1-onto→𝑆 → 𝐹:𝑇⟶𝑆)
6	4, 5	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶𝑆)
7	6	ffvelrnda 6828	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ 𝑆)
8		oveq1 7142	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = (𝐹‘𝑥) → (𝑦 gcd 𝑁) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
9	8	eqeq1d 2800	. . . . . . . . 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 3631	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ 𝑆 ↔ ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) ∧ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
12	7, 11	sylib 221	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) ∧ ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1))
13	12	simpld 498	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁))
14		elfzoelz 13033	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ (0..^𝑁) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ)
15	13, 14	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ)
16	3, 15	zmulcld 12081	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ)
17	1	simp1d 1139	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
18	17	adantr 484	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝑁 ∈ ℕ)
19		zmodfzo 13257	. . . 4 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁))
20	16, 18, 19	syl2anc 587	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) ∈ (0..^𝑁))
21		modgcd 15870	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁))
22	16, 18, 21	syl2anc 587	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁))
23	17	nnzd 12074	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
24	23	adantr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → 𝑁 ∈ ℤ)
25		gcdcom 15852	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁) = (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))))
26	16, 24, 25	syl2anc 587	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) gcd 𝑁) = (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))))
27		gcdcom 15852	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) → (𝑁 gcd 𝐴) = (𝐴 gcd 𝑁))
28	23, 2, 27	syl2anc 587	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 gcd 𝐴) = (𝐴 gcd 𝑁))
29	1	simp3d 1141	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝑁) = 1)
30	28, 29	eqtrd 2833	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 gcd 𝐴) = 1)
31	30	adantr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd 𝐴) = 1)
32		gcdcom 15852	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝐹‘𝑥) ∈ ℤ) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
33	24, 15, 32	syl2anc 587	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁))
34	12	simprd 499	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → ((𝐹‘𝑥) gcd 𝑁) = 1)
35	33, 34	eqtrd 2833	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1)
36		rpmul 15993	. . . . . 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 1368	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝑁 gcd 𝐴) = 1 ∧ (𝑁 gcd (𝐹‘𝑥)) = 1) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1))
38	31, 35, 37	mp2and 698	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (𝑁 gcd (𝐴 · (𝐹‘𝑥))) = 1)
39	22, 26, 38	3eqtrd 2837	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑇) → (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1)
40		oveq1 7142	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) → (𝑦 gcd 𝑁) = (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁))
41	40	eqeq1d 2800	. . . 4 ⊢ (𝑦 = ((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) → ((𝑦 gcd 𝑁) = 1 ↔ (((𝐴 · (𝐹‘𝑥)) mod 𝑁) gcd 𝑁) = 1))
42	41, 10	elrab2 3631	. . 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 586	. 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 6855	1 ⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑇⟶𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 399   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2111  {crab 3110   ↦ cmpt 5110  ⟶wf 6320  –1-1-onto→wf1o 6323  ‘cfv 6324  (class class class)co 7135  0cc0 10526  1c1 10527   · cmul 10531  ℕcn 11625  ℤcz 11969  ...cfz 12885  ..^cfzo 13028   mod cmo 13232   gcd cgcd 15833  ϕcphi 16091

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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603  ax-pre-sup 10604

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4801  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-tr 5137  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6116  df-ord 6162  df-on 6163  df-lim 6164  df-suc 6165  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-om 7561  df-1st 7671  df-2nd 7672  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-er 8272  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-sup 8890  df-inf 8891  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-div 11287  df-nn 11626  df-2 11688  df-3 11689  df-n0 11886  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-fz 12886  df-fzo 13029  df-fl 13157  df-mod 13233  df-seq 13365  df-exp 13426  df-cj 14450  df-re 14451  df-im 14452  df-sqrt 14586  df-abs 14587  df-dvds 15600  df-gcd 15834

This theorem is referenced by:  eulerthlem2  16109