Theorem lgsquad2 27304

Description: Extend lgsquad 27301 to coprime odd integers (the domain of the Jacobi symbol). (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
lgsquad2.1	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
lgsquad2.2	⊢ (𝜑 → ¬ 2 ∥ 𝑀)
lgsquad2.3	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
lgsquad2.4	⊢ (𝜑 → ¬ 2 ∥ 𝑁)
lgsquad2.5	⊢ (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)

Assertion

Ref	Expression
lgsquad2	⊢ (𝜑 → ((𝑀 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑀)) = (-1↑(((𝑀 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2))))

Proof of Theorem lgsquad2

Dummy variables 𝑚 𝑛 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lgsquad2.1	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
2		lgsquad2.2	. 2 ⊢ (𝜑 → ¬ 2 ∥ 𝑀)
3		lgsquad2.3	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
4		lgsquad2.4	. 2 ⊢ (𝜑 → ¬ 2 ∥ 𝑁)
5		lgsquad2.5	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
6	3	adantr 480	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℕ)
7	4	adantr 480	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑁)
8		simprl 770	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}))
9		eldifi 4097	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) → 𝑚 ∈ ℙ)
10	8, 9	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℙ)
11		prmnn 16651	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℙ → 𝑚 ∈ ℕ)
12	10, 11	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℕ)
13		eldifsni 4757	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) → 𝑚 ≠ 2)
14	8, 13	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ≠ 2)
15	14	necomd 2981	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 2 ≠ 𝑚)
16	15	neneqd 2931	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ¬ 2 = 𝑚)
17		2z 12572	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℤ
18		uzid 12815	. . . . . . 7 ⊢ (2 ∈ ℤ → 2 ∈ (ℤ≥‘2))
19	17, 18	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ (ℤ≥‘2)
20		dvdsprm 16680	. . . . . 6 ⊢ ((2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑚 ∈ ℙ) → (2 ∥ 𝑚 ↔ 2 = 𝑚))
21	19, 10, 20	sylancr 587	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (2 ∥ 𝑚 ↔ 2 = 𝑚))
22	16, 21	mtbird 325	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑚)
23	6	nnzd 12563	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℤ)
24	12	nnzd 12563	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℤ)
25	23, 24	gcdcomd 16491	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 gcd 𝑚) = (𝑚 gcd 𝑁))
26		simprr 772	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑚 gcd 𝑁) = 1)
27	25, 26	eqtrd 2765	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 gcd 𝑚) = 1)
28		simprl 770	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → 𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}))
29	8	adantr 480	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → 𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}))
30		eldifi 4097	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) → 𝑛 ∈ ℙ)
31		prmrp 16689	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℙ ∧ 𝑚 ∈ ℙ) → ((𝑛 gcd 𝑚) = 1 ↔ 𝑛 ≠ 𝑚))
32	30, 10, 31	syl2anr 597	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2})) → ((𝑛 gcd 𝑚) = 1 ↔ 𝑛 ≠ 𝑚))
33	32	biimpd 229	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2})) → ((𝑛 gcd 𝑚) = 1 → 𝑛 ≠ 𝑚))
34	33	impr 454	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → 𝑛 ≠ 𝑚)
35		lgsquad 27301	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ 𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ 𝑛 ≠ 𝑚) → ((𝑛 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑛)) = (-1↑(((𝑛 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2))))
36	28, 29, 34, 35	syl3anc 1373	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → ((𝑛 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑛)) = (-1↑(((𝑛 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2))))
37		biid 261	. . . 4 ⊢ (∀𝑥 ∈ (1...𝑦)((𝑥 gcd (2 · 𝑚)) = 1 → ((𝑥 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑥)) = (-1↑(((𝑥 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2)))) ↔ ∀𝑥 ∈ (1...𝑦)((𝑥 gcd (2 · 𝑚)) = 1 → ((𝑥 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑥)) = (-1↑(((𝑥 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2)))))
38	6, 7, 12, 22, 27, 36, 37	lgsquad2lem2 27303	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑁 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑁)) = (-1↑(((𝑁 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2))))
39		lgscl 27229	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ)
40	24, 23, 39	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ)
41		lgscl 27229	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ)
42	23, 24, 41	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ)
43		zcn 12541	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ → (𝑚 /L 𝑁) ∈ ℂ)
44		zcn 12541	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ → (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℂ)
45		mulcom 11161	. . . . 5 ⊢ (((𝑚 /L 𝑁) ∈ ℂ ∧ (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℂ) → ((𝑚 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑚)) = ((𝑁 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑁)))
46	43, 44, 45	syl2an 596	. . . 4 ⊢ (((𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ) → ((𝑚 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑚)) = ((𝑁 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑁)))
47	40, 42, 46	syl2anc 584	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑚 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑚)) = ((𝑁 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑁)))
48	12	nncnd 12209	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℂ)
49		ax-1cn 11133	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℂ
50		subcl 11427	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑚 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝑚 − 1) ∈ ℂ)
51	48, 49, 50	sylancl 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑚 − 1) ∈ ℂ)
52	51	halfcld 12434	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑚 − 1) / 2) ∈ ℂ)
53	6	nncnd 12209	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℂ)
54		subcl 11427	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
55	53, 49, 54	sylancl 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
56	55	halfcld 12434	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑁 − 1) / 2) ∈ ℂ)
57	52, 56	mulcomd 11202	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (((𝑚 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2)) = (((𝑁 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2)))
58	57	oveq2d 7406	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (-1↑(((𝑚 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2))) = (-1↑(((𝑁 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2))))
59	38, 47, 58	3eqtr4d 2775	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑚 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑚)) = (-1↑(((𝑚 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2))))
60		biid 261	. 2 ⊢ (∀𝑥 ∈ (1...𝑦)((𝑥 gcd (2 · 𝑁)) = 1 → ((𝑥 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑥)) = (-1↑(((𝑥 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2)))) ↔ ∀𝑥 ∈ (1...𝑦)((𝑥 gcd (2 · 𝑁)) = 1 → ((𝑥 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑥)) = (-1↑(((𝑥 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2)))))
61	1, 2, 3, 4, 5, 59, 60	lgsquad2lem2 27303	1 ⊢ (𝜑 → ((𝑀 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑀)) = (-1↑(((𝑀 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2))))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109   ≠ wne 2926  ∀wral 3045   ∖ cdif 3914  {csn 4592   class class class wbr 5110  ‘cfv 6514  (class class class)co 7390  ℂcc 11073  1c1 11076   · cmul 11080   − cmin 11412  -cneg 11413   / cdiv 11842  ℕcn 12193  2c2 12248  ℤcz 12536  ℤ_≥cuz 12800  ...cfz 13475  ↑cexp 14033   ∥ cdvds 16229   gcd cgcd 16471  ℙcprime 16648   /_L clgs 27212

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2702  ax-rep 5237  ax-sep 5254  ax-nul 5264  ax-pow 5323  ax-pr 5390  ax-un 7714  ax-inf2 9601  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153  ax-addf 11154  ax-mulf 11155

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2709  df-cleq 2722  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2927  df-nel 3031  df-ral 3046  df-rex 3055  df-rmo 3356  df-reu 3357  df-rab 3409  df-v 3452  df-sbc 3757  df-csb 3866  df-dif 3920  df-un 3922  df-in 3924  df-ss 3934  df-pss 3937  df-nul 4300  df-if 4492  df-pw 4568  df-sn 4593  df-pr 4595  df-tp 4597  df-op 4599  df-uni 4875  df-int 4914  df-iun 4960  df-disj 5078  df-br 5111  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5536  df-eprel 5541  df-po 5549  df-so 5550  df-fr 5594  df-se 5595  df-we 5596  df-xp 5647  df-rel 5648  df-cnv 5649  df-co 5650  df-dm 5651  df-rn 5652  df-res 5653  df-ima 5654  df-pred 6277  df-ord 6338  df-on 6339  df-lim 6340  df-suc 6341  df-iota 6467  df-fun 6516  df-fn 6517  df-f 6518  df-f1 6519  df-fo 6520  df-f1o 6521  df-fv 6522  df-isom 6523  df-riota 7347  df-ov 7393  df-oprab 7394  df-mpo 7395  df-of 7656  df-om 7846  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-supp 8143  df-tpos 8208  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8343  df-rdg 8381  df-1o 8437  df-2o 8438  df-oadd 8441  df-er 8674  df-ec 8676  df-qs 8680  df-map 8804  df-en 8922  df-dom 8923  df-sdom 8924  df-fin 8925  df-fsupp 9320  df-sup 9400  df-inf 9401  df-oi 9470  df-dju 9861  df-card 9899  df-pnf 11217  df-mnf 11218  df-xr 11219  df-ltxr 11220  df-le 11221  df-sub 11414  df-neg 11415  df-div 11843  df-nn 12194  df-2 12256  df-3 12257  df-4 12258  df-5 12259  df-6 12260  df-7 12261  df-8 12262  df-9 12263  df-n0 12450  df-xnn0 12523  df-z 12537  df-dec 12657  df-uz 12801  df-q 12915  df-rp 12959  df-fz 13476  df-fzo 13623  df-fl 13761  df-mod 13839  df-seq 13974  df-exp 14034  df-hash 14303  df-cj 15072  df-re 15073  df-im 15074  df-sqrt 15208  df-abs 15209  df-clim 15461  df-sum 15660  df-dvds 16230  df-gcd 16472  df-prm 16649  df-phi 16743  df-pc 16815  df-struct 17124  df-sets 17141  df-slot 17159  df-ndx 17171  df-base 17187  df-ress 17208  df-plusg 17240  df-mulr 17241  df-starv 17242  df-sca 17243  df-vsca 17244  df-ip 17245  df-tset 17246  df-ple 17247  df-ds 17249  df-unif 17250  df-0g 17411  df-gsum 17412  df-imas 17478  df-qus 17479  df-mgm 18574  df-sgrp 18653  df-mnd 18669  df-mhm 18717  df-submnd 18718  df-grp 18875  df-minusg 18876  df-sbg 18877  df-mulg 19007  df-subg 19062  df-nsg 19063  df-eqg 19064  df-ghm 19152  df-cntz 19256  df-cmn 19719  df-abl 19720  df-mgp 20057  df-rng 20069  df-ur 20098  df-ring 20151  df-cring 20152  df-oppr 20253  df-dvdsr 20273  df-unit 20274  df-invr 20304  df-dvr 20317  df-rhm 20388  df-nzr 20429  df-subrng 20462  df-subrg 20486  df-rlreg 20610  df-domn 20611  df-idom 20612  df-drng 20647  df-field 20648  df-lmod 20775  df-lss 20845  df-lsp 20885  df-sra 21087  df-rgmod 21088  df-lidl 21125  df-rsp 21126  df-2idl 21167  df-cnfld 21272  df-zring 21364  df-zrh 21420  df-zn 21423  df-lgs 27213

This theorem is referenced by:  lgsquad3  27305