Theorem prmdivdiv 16753

Description: The (modular) inverse of the inverse of a number is itself. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Jan-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
prmdiv.1	⊢ 𝑅 = ((𝐴↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃)

Assertion

Ref	Expression
prmdivdiv	⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 = ((𝑅↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃))

Proof of Theorem prmdivdiv

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fz1ssfz0 13627	. . 3 ⊢ (1...(𝑃 − 1)) ⊆ (0...(𝑃 − 1))
2		simpr 483	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1)))
3	1, 2	sselid 3970	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 ∈ (0...(𝑃 − 1)))
4		simpl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑃 ∈ ℙ)
5		elfznn 13560	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1)) → 𝐴 ∈ ℕ)
6	5	adantl 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 ∈ ℕ)
7	6	nnzd 12613	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 ∈ ℤ)
8		prmnn 16642	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
9		fzm1ndvds 16296	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → ¬ 𝑃 ∥ 𝐴)
10	8, 9	sylan 578	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → ¬ 𝑃 ∥ 𝐴)
11		prmdiv.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑅 = ((𝐴↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃)
12	11	prmdiv 16751	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑃 ∥ 𝐴) → (𝑅 ∈ (1...(𝑃 − 1)) ∧ 𝑃 ∥ ((𝐴 · 𝑅) − 1)))
13	4, 7, 10, 12	syl3anc 1368	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → (𝑅 ∈ (1...(𝑃 − 1)) ∧ 𝑃 ∥ ((𝐴 · 𝑅) − 1)))
14	13	simprd 494	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑃 ∥ ((𝐴 · 𝑅) − 1))
15	6	nncnd 12256	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 ∈ ℂ)
16	13	simpld 493	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑅 ∈ (1...(𝑃 − 1)))
17		elfznn 13560	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ (1...(𝑃 − 1)) → 𝑅 ∈ ℕ)
18	16, 17	syl 17	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑅 ∈ ℕ)
19	18	nncnd 12256	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑅 ∈ ℂ)
20	15, 19	mulcomd 11263	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → (𝐴 · 𝑅) = (𝑅 · 𝐴))
21	20	oveq1d 7429	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → ((𝐴 · 𝑅) − 1) = ((𝑅 · 𝐴) − 1))
22	14, 21	breqtrd 5167	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑃 ∥ ((𝑅 · 𝐴) − 1))
23	16	elfzelzd 13532	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝑅 ∈ ℤ)
24		fzm1ndvds 16296	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → ¬ 𝑃 ∥ 𝑅)
25	8, 16, 24	syl2an2r 683	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → ¬ 𝑃 ∥ 𝑅)
26		eqid 2725	. . . 4 ⊢ ((𝑅↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃) = ((𝑅↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃)
27	26	prmdiveq 16752	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑅 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑃 ∥ 𝑅) → ((𝐴 ∈ (0...(𝑃 − 1)) ∧ 𝑃 ∥ ((𝑅 · 𝐴) − 1)) ↔ 𝐴 = ((𝑅↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃)))
28	4, 23, 25, 27	syl3anc 1368	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → ((𝐴 ∈ (0...(𝑃 − 1)) ∧ 𝑃 ∥ ((𝑅 · 𝐴) − 1)) ↔ 𝐴 = ((𝑅↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃)))
29	3, 22, 28	mpbi2and 710	1 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐴 ∈ (1...(𝑃 − 1))) → 𝐴 = ((𝑅↑(𝑃 − 2)) mod 𝑃))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 394   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   class class class wbr 5141  (class class class)co 7414  0cc0 11136  1c1 11137   · cmul 11141   − cmin 11472  ℕcn 12240  2c2 12295  ℤcz 12586  ...cfz 13514   mod cmo 13864  ↑cexp 14056   ∥ cdvds 16228  ℙcprime 16639

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2166  ax-ext 2696  ax-rep 5278  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5357  ax-pr 5421  ax-un 7736  ax-cnex 11192  ax-resscn 11193  ax-1cn 11194  ax-icn 11195  ax-addcl 11196  ax-addrcl 11197  ax-mulcl 11198  ax-mulrcl 11199  ax-mulcom 11200  ax-addass 11201  ax-mulass 11202  ax-distr 11203  ax-i2m1 11204  ax-1ne0 11205  ax-1rid 11206  ax-rnegex 11207  ax-rrecex 11208  ax-cnre 11209  ax-pre-lttri 11210  ax-pre-lttrn 11211  ax-pre-ltadd 11212  ax-pre-mulgt0 11213  ax-pre-sup 11214

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2931  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3420  df-v 3465  df-sbc 3769  df-csb 3885  df-dif 3942  df-un 3944  df-in 3946  df-ss 3956  df-pss 3958  df-nul 4317  df-if 4523  df-pw 4598  df-sn 4623  df-pr 4625  df-op 4629  df-uni 4902  df-int 4943  df-iun 4991  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5568  df-eprel 5574  df-po 5582  df-so 5583  df-fr 5625  df-we 5627  df-xp 5676  df-rel 5677  df-cnv 5678  df-co 5679  df-dm 5680  df-rn 5681  df-res 5682  df-ima 5683  df-pred 6298  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6493  df-fun 6543  df-fn 6544  df-f 6545  df-f1 6546  df-fo 6547  df-f1o 6548  df-fv 6549  df-riota 7370  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7867  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8388  df-rdg 8427  df-1o 8483  df-2o 8484  df-oadd 8487  df-er 8721  df-en 8961  df-dom 8962  df-sdom 8963  df-fin 8964  df-sup 9463  df-inf 9464  df-dju 9922  df-card 9960  df-pnf 11278  df-mnf 11279  df-xr 11280  df-ltxr 11281  df-le 11282  df-sub 11474  df-neg 11475  df-div 11900  df-nn 12241  df-2 12303  df-3 12304  df-n0 12501  df-xnn0 12573  df-z 12587  df-uz 12851  df-rp 13005  df-fz 13515  df-fzo 13658  df-fl 13787  df-mod 13865  df-seq 13997  df-exp 14057  df-hash 14320  df-cj 15076  df-re 15077  df-im 15078  df-sqrt 15212  df-abs 15213  df-dvds 16229  df-gcd 16467  df-prm 16640  df-phi 16732

This theorem is referenced by:  wilthlem2  27017