Theorem lgsquad2 27770

Description: Extend lgsquad 27767 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 486	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℕ)
7	4	adantr 486	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑁)
8		simprl 783	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}))
9		eldifi 4070	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) → 𝑚 ∈ ℙ)
10	8, 9	syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℙ)
11		prmnn 16893	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℙ → 𝑚 ∈ ℕ)
12	10, 11	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℕ)
13		eldifsni 4755	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) → 𝑚 ≠ 2)
14	8, 13	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ≠ 2)
15	14	necomd 3014	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 2 ≠ 𝑚)
16	15	neneqd 2964	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ¬ 2 = 𝑚)
17		2z 12768	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℤ
18		uzid 13020	. . . . . . 7 ⊢ (2 ∈ ℤ → 2 ∈ (ℤ≥‘2))
19	17, 18	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ (ℤ≥‘2)
20		dvdsprm 16923	. . . . . 6 ⊢ ((2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑚 ∈ ℙ) → (2 ∥ 𝑚 ↔ 2 = 𝑚))
21	19, 10, 20	sylancr 599	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (2 ∥ 𝑚 ↔ 2 = 𝑚))
22	16, 21	mtbird 328	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ¬ 2 ∥ 𝑚)
23	6	nnzd 12759	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℤ)
24	12	nnzd 12759	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℤ)
25	23, 24	gcdcomd 16730	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 gcd 𝑚) = (𝑚 gcd 𝑁))
26		simprr 785	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑚 gcd 𝑁) = 1)
27	25, 26	eqtrd 2798	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 gcd 𝑚) = 1)
28		simprl 783	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → 𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}))
29	8	adantr 486	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → 𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}))
30		eldifi 4070	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) → 𝑛 ∈ ℙ)
31		prmrp 16932	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℙ ∧ 𝑚 ∈ ℙ) → ((𝑛 gcd 𝑚) = 1 ↔ 𝑛 ≠ 𝑚))
32	30, 10, 31	syl2anr 609	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2})) → ((𝑛 gcd 𝑚) = 1 ↔ 𝑛 ≠ 𝑚))
33	32	biimpd 232	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2})) → ((𝑛 gcd 𝑚) = 1 → 𝑛 ≠ 𝑚))
34	33	impr 460	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑛 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑛 gcd 𝑚) = 1)) → 𝑛 ≠ 𝑚)
35		lgsquad 27767	. . . . 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 1399	. . . 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 264	. . . 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 27769	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑁 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑁)) = ( -1↑(((𝑁 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2))))
39		lgscl 27695	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ)
40	24, 23, 39	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ)
41		lgscl 27695	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ)
42	23, 24, 41	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ)
43		zcn 12738	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 /L 𝑁) ∈ ℤ → (𝑚 /L 𝑁) ∈ ℂ)
44		zcn 12738	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 /L 𝑚) ∈ ℤ → (𝑁 /L 𝑚) ∈ ℂ)
45		mulcom 11325	. . . . 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 608	. . . 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 596	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑚 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑚)) = ((𝑁 /L 𝑚) · (𝑚 /L 𝑁)))
48	12	nncnd 12391	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑚 ∈ ℂ)
49		ax-1cn 11297	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℂ
50		subcl 11595	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑚 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝑚 − 1) ∈ ℂ)
51	48, 49, 50	sylancl 598	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑚 − 1) ∈ ℂ)
52	51	halfcld 12631	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑚 − 1) / 2) ∈ ℂ)
53	6	nncnd 12391	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℂ)
54		subcl 11595	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
55	53, 49, 54	sylancl 598	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
56	55	halfcld 12631	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑁 − 1) / 2) ∈ ℂ)
57	52, 56	mulcomd 11369	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → (((𝑚 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2)) = (((𝑁 − 1) / 2) · ((𝑚 − 1) / 2)))
58	57	oveq2d 7467	. . 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 2808	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (ℙ ∖ {2}) ∧ (𝑚 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝑚 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑚)) = ( -1↑(((𝑚 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2))))
60		biid 264	. 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 27769	1 ⊢ (𝜑 → ((𝑀 /L 𝑁) · (𝑁 /L 𝑀)) = ( -1↑(((𝑀 − 1) / 2) · ((𝑁 − 1) / 2))))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080   ∖ cdif 4048  {csn 4588   class class class wbr 5108  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  ℂcc 11237  1c1 11240   · cmul 11244   − cmin 11580   -cneg 11581   / cdiv 12013  ℕcn 12375  2c2 12437  ℤcz 12733  ℤ_≥cuz 13005  ...cfz 13679  ↑cexp 14244   ∥ cdvds 16466   gcd cgcd 16708  ℙcprime 16890   /_L clgs 27678

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 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-inf2 9679  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317  ax-addf 11318  ax-mulf 11319

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 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-disj 5076  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-se 5612  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-isom 6575  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-of 7725  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-supp 8215  df-tpos 8281  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-2o 8515  df-oadd 8518  df-er 8755  df-ec 8757  df-qs 8761  df-map 8887  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-fsupp 9392  df-sup 9471  df-inf 9472  df-oi 9541  df-dju 10019  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-4 12447  df-5 12448  df-6 12449  df-7 12450  df-8 12451  df-9 12452  df-n0 12647  df-xnn0 12720  df-z 12734  df-dec 12855  df-uz 13006  df-q 13116  df-rp 13161  df-fz 13680  df-fzo 13829  df-fl 13972  df-mod 14050  df-seq 14185  df-exp 14245  df-hash 14516  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-sqrt 15445  df-abs 15446  df-clim 15699  df-sum 15898  df-dvds 16467  df-gcd 16709  df-prm 16891  df-phi 16987  df-pc 17059  df-struct 17369  df-sets 17386  df-slot 17404  df-ndx 17416  df-base 17432  df-ress 17453  df-plusg 17486  df-mulr 17487  df-starv 17488  df-sca 17489  df-vsca 17490  df-ip 17491  df-tset 17492  df-ple 17493  df-ds 17495  df-unif 17496  df-euf 17499  df-0g 17662  df-gsum 17663  df-imas 17730  df-qus 17731  df-mgm 18866  df-sgrp 18958  df-mnd 18974  df-mhm 19028  df-submnd 19029  df-grp 19197  df-minusg 19198  df-sbg 19199  df-mulg 19328  df-subg 19383  df-nsg 19384  df-eqg 19385  df-ghm 19478  df-cntz 19582  df-cmn 20047  df-abl 20048  df-mgp 20412  df-rng 20426  df-ur 20459  df-ring 20512  df-cring 20513  df-oppr 20618  df-dvdsr 20638  df-unit 20639  df-invr 20669  df-dvr 20682  df-rhm 20753  df-nzr 20814  df-subrng 20849  df-subrg 20873  df-rlreg 20997  df-domn 20998  df-idom 20999  df-drng 21033  df-field 21034  df-lmod 21188  df-lss 21258  df-lsp 21298  df-sra 21499  df-rgmod 21500  df-lidl 21537  df-rsp 21538  df-2idl 21594  df-cnfld 21730  df-zring 21807  df-zrh 21864  df-zn 21867  df-lgs 27679

This theorem is used by:  lgsquad3  27771