Theorem jm3.1 44231

Description: Diophantine expression for exponentiation. Lemma 3.1 of [JonesMatijasevic] p. 698. (Contributed by Stefan O'Rear, 16-Oct-2014.)

Assertion

Ref	Expression
jm3.1	⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → (𝐾↑𝑁) = (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) mod ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1)))

Proof of Theorem jm3.1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl1 1210	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → 𝐴 ∈ (ℤ≥‘2))
2		simpl2 1211	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2))
3		simpl3 1212	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → 𝑁 ∈ ℕ)
4		simpr 490	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴)
5	1, 2, 3, 4	jm3.1lem2 44229	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → (𝐾↑𝑁) < ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1))
6		eluzge2nn0 13049	. . . . 5 ⊢ (𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐾 ∈ ℕ0)
7	6	3ad2ant2 1152	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝐾 ∈ ℕ0)
8	7	adantr 486	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → 𝐾 ∈ ℕ0)
9	3	nnnn0d 12697	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → 𝑁 ∈ ℕ0)
10		jm2.18 44199	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∥ (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) − (𝐾↑𝑁)))
11	1, 8, 9, 10	syl3anc 1399	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∥ (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) − (𝐾↑𝑁)))
12		simp1 1154	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ (ℤ≥‘2))
13		nnz 12744	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
14	13	3ad2ant3 1153	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℤ)
15		frmx 44124	. . . . . . . 8 ⊢ Xrm :((ℤ≥‘2) × ℤ)⟶ℕ0
16	15	fovcl 7574	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝐴 Xrm 𝑁) ∈ ℕ0)
17	12, 14, 16	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 Xrm 𝑁) ∈ ℕ0)
18	17	nn0zd 12748	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 Xrm 𝑁) ∈ ℤ)
19		eluzelz 13005	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℤ)
20		eluzelz 13005	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐾 ∈ ℤ)
21		zsubcl 12768	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝐴 − 𝐾) ∈ ℤ)
22	19, 20, 21	syl2an 608	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴 − 𝐾) ∈ ℤ)
23	22	3adant3 1150	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 − 𝐾) ∈ ℤ)
24		frmy 44125	. . . . . . . 8 ⊢ Yrm :((ℤ≥‘2) × ℤ)⟶ℤ
25	24	fovcl 7574	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝐴 Yrm 𝑁) ∈ ℤ)
26	12, 14, 25	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 Yrm 𝑁) ∈ ℤ)
27	23, 26	zmulcld 12839	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁)) ∈ ℤ)
28	18, 27	zsubcld 12838	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) ∈ ℤ)
29	28	adantr 486	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → ((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) ∈ ℤ)
30	1, 2, 3, 4	jm3.1lem3 44230	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∈ ℕ)
31		nnnn0 12643	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ0)
32	31	3ad2ant3 1153	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℕ0)
33	7, 32	nn0expcld 14420	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐾↑𝑁) ∈ ℕ0)
34	33	adantr 486	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → (𝐾↑𝑁) ∈ ℕ0)
35		divalgmodcl 16609	. . 3 ⊢ ((((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) ∈ ℤ ∧ ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∈ ℕ ∧ (𝐾↑𝑁) ∈ ℕ0) → ((𝐾↑𝑁) = (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) mod ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1)) ↔ ((𝐾↑𝑁) < ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∧ ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∥ (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) − (𝐾↑𝑁)))))
36	29, 30, 34, 35	syl3anc 1399	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → ((𝐾↑𝑁) = (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) mod ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1)) ↔ ((𝐾↑𝑁) < ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∧ ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1) ∥ (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) − (𝐾↑𝑁)))))
37	5, 11, 36	mpbir2and 726	1 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐾 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ (𝐾 Yrm (𝑁 + 1)) ≤ 𝐴) → (𝐾↑𝑁) = (((𝐴 Xrm 𝑁) − ((𝐴 − 𝐾) · (𝐴 Yrm 𝑁))) mod ((((2 · 𝐴) · 𝐾) − (𝐾↑2)) − 1)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   class class class wbr 5106  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446  1c1 11231   + caddc 11233   · cmul 11235   < clt 11373   ≤ cle 11374   − cmin 11571  ℕcn 12365  2c2 12427  ℕ₀cn0 12636  ℤcz 12723  ℤ_≥cuz 12995   mod cmo 14039  ↑cexp 14234   ∥ cdvds 16454   X_rm crmx 44111   Y_rm crmy 44112

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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-inf2 9672  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308  ax-addf 11309

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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-of 7720  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-supp 8208  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-2o 8508  df-oadd 8511  df-omul 8512  df-er 8748  df-map 8880  df-pm 8881  df-ixp 8957  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-fsupp 9385  df-fi 9433  df-sup 9464  df-inf 9465  df-oi 9534  df-card 10050  df-acn 10053  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-4 12437  df-5 12438  df-6 12439  df-7 12440  df-8 12441  df-9 12442  df-n0 12637  df-xnn0 12710  df-z 12724  df-dec 12845  df-uz 12996  df-q 13106  df-rp 13151  df-xneg 13271  df-xadd 13272  df-xmul 13273  df-ioo 13510  df-ioc 13511  df-ico 13512  df-icc 13513  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-fl 13962  df-mod 14040  df-seq 14175  df-exp 14235  df-fac 14448  df-bc 14477  df-hash 14505  df-shft 15252  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435  df-limsup 15670  df-clim 15687  df-rlim 15688  df-sum 15886  df-ef 16265  df-sin 16267  df-cos 16268  df-pi 16270  df-dvds 16455  df-gcd 16697  df-numer 16943  df-denom 16944  df-struct 17357  df-sets 17374  df-slot 17392  df-ndx 17404  df-base 17420  df-ress 17441  df-plusg 17473  df-mulr 17474  df-starv 17475  df-sca 17476  df-vsca 17477  df-ip 17478  df-tset 17479  df-ple 17480  df-ds 17482  df-unif 17483  df-hom 17484  df-cco 17485  df-rest 17625  df-topn 17626  df-0g 17644  df-gsum 17645  df-topgen 17646  df-pt 17647  df-prds 17650  df-xrs 17706  df-qtop 17711  df-imas 17712  df-xps 17714  df-mre 17788  df-mrc 17789  df-acs 17791  df-mgm 18848  df-sgrp 18940  df-mnd 18956  df-submnd 19011  df-mulg 19310  df-cntz 19564  df-cmn 20029  df-psmet 21703  df-xmet 21704  df-met 21705  df-bl 21706  df-mopn 21707  df-fbas 21708  df-fg 21709  df-cnfld 21712  df-top 23245  df-topon 23262  df-topsp 23284  df-bases 23297  df-cld 23370  df-ntr 23371  df-cls 23372  df-nei 23449  df-lp 23487  df-perf 23488  df-cn 23578  df-cnp 23579  df-haus 23666  df-tx 23914  df-hmeo 24107  df-fil 24198  df-fm 24290  df-flim 24291  df-flf 24292  df-xms 24672  df-ms 24673  df-tms 24674  df-cncf 25232  df-limc 26219  df-dv 26220  df-log 26917  df-squarenn 44052  df-pell1qr 44053  df-pell14qr 44054  df-pell1234qr 44055  df-pellfund 44056  df-rmx 44113  df-rmy 44114

This theorem is used by:  expdiophlem1  44232