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Theorem proththd 45796
Description: Proth's theorem (1878). If P is a Proth number, i.e. a number of the form k2^n+1 with k less than 2^n, and if there exists an integer x for which x^((P-1)/2) is -1 modulo P, then P is prime. Such a prime is called a Proth prime. Like Pocklington's theorem (see pockthg 16778), Proth's theorem allows for a convenient method for verifying large primes. (Contributed by AV, 5-Jul-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
proththd.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
proththd.k (𝜑𝐾 ∈ ℕ)
proththd.p (𝜑𝑃 = ((𝐾 · (2↑𝑁)) + 1))
proththd.l (𝜑𝐾 < (2↑𝑁))
proththd.x (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℤ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃))
Assertion
Ref Expression
proththd (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑁   𝑥,𝑃   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝐾(𝑥)

Proof of Theorem proththd
Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 2nn 12226 . . . 4 2 ∈ ℕ
21a1i 11 . . 3 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
3 proththd.n . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
43nnnn0d 12473 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
52, 4nnexpcld 14148 . 2 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
6 proththd.k . 2 (𝜑𝐾 ∈ ℕ)
7 proththd.l . 2 (𝜑𝐾 < (2↑𝑁))
8 proththd.p . . 3 (𝜑𝑃 = ((𝐾 · (2↑𝑁)) + 1))
96nncnd 12169 . . . . 5 (𝜑𝐾 ∈ ℂ)
105nncnd 12169 . . . . 5 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
119, 10mulcomd 11176 . . . 4 (𝜑 → (𝐾 · (2↑𝑁)) = ((2↑𝑁) · 𝐾))
1211oveq1d 7372 . . 3 (𝜑 → ((𝐾 · (2↑𝑁)) + 1) = (((2↑𝑁) · 𝐾) + 1))
138, 12eqtrd 2776 . 2 (𝜑𝑃 = (((2↑𝑁) · 𝐾) + 1))
14 simpr 485 . . . . 5 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑝 ∈ ℙ)
15 2prm 16568 . . . . . 6 2 ∈ ℙ
1615a1i 11 . . . . 5 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 2 ∈ ℙ)
173adantr 481 . . . . 5 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ ℕ)
18 prmdvdsexpb 16592 . . . . 5 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 2 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑝 ∥ (2↑𝑁) ↔ 𝑝 = 2))
1914, 16, 17, 18syl3anc 1371 . . . 4 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ∥ (2↑𝑁) ↔ 𝑝 = 2))
20 proththd.x . . . . . 6 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℤ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃))
213, 6, 8proththdlem 45795 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝜑 → (𝑃 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑃 ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ))
2221simp1d 1142 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝜑𝑃 ∈ ℕ)
2322nncnd 12169 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑𝑃 ∈ ℂ)
24 peano2cnm 11467 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑃 ∈ ℂ → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
2523, 24syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑 → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
2625adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
27 2cnd 12231 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → 2 ∈ ℂ)
28 2ne0 12257 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2 ≠ 0
2928a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → 2 ≠ 0)
3026, 27, 29divcan1d 11932 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → (((𝑃 − 1) / 2) · 2) = (𝑃 − 1))
3130eqcomd 2742 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → (𝑃 − 1) = (((𝑃 − 1) / 2) · 2))
3231oveq2d 7373 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥↑(𝑃 − 1)) = (𝑥↑(((𝑃 − 1) / 2) · 2)))
33 zcn 12504 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 ∈ ℤ → 𝑥 ∈ ℂ)
3433adantl 482 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → 𝑥 ∈ ℂ)
35 2nn0 12430 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℕ0
3635a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → 2 ∈ ℕ0)
3721simp3d 1144 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ)
3837nnnn0d 12473 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0)
3938adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0)
4034, 36, 39expmuld 14054 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥↑(((𝑃 − 1) / 2) · 2)) = ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2))↑2))
4132, 40eqtrd 2776 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥↑(𝑃 − 1)) = ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2))↑2))
4241ad4ant13 749 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (𝑥↑(𝑃 − 1)) = ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2))↑2))
4342oveq1d 7372 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → ((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2))↑2) mod 𝑃))
4438adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑝 = 2) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0)
4544anim1i 615 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0𝑥 ∈ ℤ))
4645ancomd 462 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥 ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0))
47 zexpcl 13982 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) ∈ ℤ)
4846, 47syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) ∈ ℤ)
4948adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) ∈ ℤ)
5022nnrpd 12955 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑃 ∈ ℝ+)
5150ad3antrrr 728 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → 𝑃 ∈ ℝ+)
5221simp2d 1143 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → 1 < 𝑃)
5352ad3antrrr 728 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → 1 < 𝑃)
54 simpr 485 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃))
5549, 51, 53, 54modexp2m1d 45794 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2))↑2) mod 𝑃) = 1)
5643, 55eqtrd 2776 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → ((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1)
57 oveq2 7365 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑝 = 2 → ((𝑃 − 1) / 𝑝) = ((𝑃 − 1) / 2))
5857eleq1d 2822 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑝 = 2 → (((𝑃 − 1) / 𝑝) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0))
5958adantl 482 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑝 = 2) → (((𝑃 − 1) / 𝑝) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ0))
6044, 59mpbird 256 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑝 = 2) → ((𝑃 − 1) / 𝑝) ∈ ℕ0)
6160anim2i 617 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥 ∈ ℤ ∧ (𝜑𝑝 = 2)) → (𝑥 ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 𝑝) ∈ ℕ0))
6261ancoms 459 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥 ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 𝑝) ∈ ℕ0))
63 zexpcl 13982 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 𝑝) ∈ ℕ0) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) ∈ ℤ)
6462, 63syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) ∈ ℤ)
6564zred 12607 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) ∈ ℝ)
6665adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) ∈ ℝ)
67 1red 11156 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → 1 ∈ ℝ)
6867renegcld 11582 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → -1 ∈ ℝ)
69 oveq2 7365 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (2 = 𝑝 → ((𝑃 − 1) / 2) = ((𝑃 − 1) / 𝑝))
7069eqcoms 2744 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑝 = 2 → ((𝑃 − 1) / 2) = ((𝑃 − 1) / 𝑝))
7170oveq2d 7373 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑝 = 2 → (𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) = (𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)))
7271oveq1d 7372 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑝 = 2 → ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) mod 𝑃))
7372eqeq1d 2738 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑝 = 2 → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃) ↔ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)))
7473adantl 482 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑝 = 2) → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃) ↔ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)))
7574adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃) ↔ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)))
7675biimpa 477 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃))
77 eqidd 2737 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (1 mod 𝑃) = (1 mod 𝑃))
7866, 68, 67, 67, 51, 76, 77modsub12d 13833 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) mod 𝑃) = ((-1 − 1) mod 𝑃))
7978oveq1d 7372 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → ((((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = (((-1 − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃))
80 peano2zm 12546 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) ∈ ℤ → ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) ∈ ℤ)
8164, 80syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) ∈ ℤ)
8222ad2antrr 724 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → 𝑃 ∈ ℕ)
83 modgcd 16413 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃))
8481, 82, 83syl2anc 584 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ((((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃))
8584adantr 481 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → ((((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃))
86 ax-1cn 11109 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1 ∈ ℂ
87 negdi2 11459 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((1 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → -(1 + 1) = (-1 − 1))
8887eqcomd 2742 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((1 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (-1 − 1) = -(1 + 1))
8986, 86, 88mp2an 690 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (-1 − 1) = -(1 + 1)
90 1p1e2 12278 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (1 + 1) = 2
9190negeqi 11394 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 -(1 + 1) = -2
9289, 91eqtri 2764 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (-1 − 1) = -2
9392a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (-1 − 1) = -2)
9493oveq1d 7372 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((-1 − 1) mod 𝑃) = (-2 mod 𝑃))
9594oveq1d 7372 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (((-1 − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = ((-2 mod 𝑃) gcd 𝑃))
96 nnnegz 12502 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (2 ∈ ℕ → -2 ∈ ℤ)
972, 96syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → -2 ∈ ℤ)
98 modgcd 16413 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((-2 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((-2 mod 𝑃) gcd 𝑃) = (-2 gcd 𝑃))
9997, 22, 98syl2anc 584 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((-2 mod 𝑃) gcd 𝑃) = (-2 gcd 𝑃))
100 2z 12535 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℤ
10122nnzd 12526 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑃 ∈ ℤ)
102 neggcd 16403 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (-2 gcd 𝑃) = (2 gcd 𝑃))
103100, 101, 102sylancr 587 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (-2 gcd 𝑃) = (2 gcd 𝑃))
104 nnz 12520 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℤ)
105 oddm1d2 16242 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑃 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ))
106104, 105syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑃 ∈ ℕ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ))
107106biimprd 247 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑃 ∈ ℕ → (((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ → ¬ 2 ∥ 𝑃))
108 nnz 12520 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ)
109107, 108impel 506 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ) → ¬ 2 ∥ 𝑃)
110 isoddgcd1 16606 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑃 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ (2 gcd 𝑃) = 1))
111104, 110syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑃 ∈ ℕ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ (2 gcd 𝑃) = 1))
112111adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ) → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ (2 gcd 𝑃) = 1))
113109, 112mpbid 231 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ) → (2 gcd 𝑃) = 1)
1141133adant2 1131 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 1 < 𝑃 ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ) → (2 gcd 𝑃) = 1)
11521, 114syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (2 gcd 𝑃) = 1)
116103, 115eqtrd 2776 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (-2 gcd 𝑃) = 1)
11799, 116eqtrd 2776 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ((-2 mod 𝑃) gcd 𝑃) = 1)
11895, 117eqtrd 2776 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (((-1 − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = 1)
119118ad3antrrr 728 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (((-1 − 1) mod 𝑃) gcd 𝑃) = 1)
12079, 85, 1193eqtr3d 2784 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)
12156, 120jca 512 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃)) → (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1))
122121ex 413 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑝 = 2) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃) → (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)))
123122reximdva 3165 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝 = 2) → (∃𝑥 ∈ ℤ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃) → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)))
124123ex 413 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑝 = 2 → (∃𝑥 ∈ ℤ ((𝑥↑((𝑃 − 1) / 2)) mod 𝑃) = (-1 mod 𝑃) → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1))))
12520, 124mpid 44 . . . . 5 (𝜑 → (𝑝 = 2 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)))
126125adantr 481 . . . 4 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 = 2 → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)))
12719, 126sylbid 239 . . 3 ((𝜑𝑝 ∈ ℙ) → (𝑝 ∥ (2↑𝑁) → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)))
128127ralrimiva 3143 . 2 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ (2↑𝑁) → ∃𝑥 ∈ ℤ (((𝑥↑(𝑃 − 1)) mod 𝑃) = 1 ∧ (((𝑥↑((𝑃 − 1) / 𝑝)) − 1) gcd 𝑃) = 1)))
1295, 6, 7, 13, 128pockthg 16778 1 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 205  wa 396  w3a 1087   = wceq 1541  wcel 2106  wne 2943  wrex 3073   class class class wbr 5105  (class class class)co 7357  cc 11049  cr 11050  0cc0 11051  1c1 11052   + caddc 11054   · cmul 11056   < clt 11189  cmin 11385  -cneg 11386   / cdiv 11812  cn 12153  2c2 12208  0cn0 12413  cz 12499  +crp 12915   mod cmo 13774  cexp 13967  cdvds 16136   gcd cgcd 16374  cprime 16547
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128  ax-pre-sup 11129
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-int 4908  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-1o 8412  df-2o 8413  df-oadd 8416  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-fin 8887  df-sup 9378  df-inf 9379  df-dju 9837  df-card 9875  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-div 11813  df-nn 12154  df-2 12216  df-3 12217  df-n0 12414  df-xnn0 12486  df-z 12500  df-uz 12764  df-q 12874  df-rp 12916  df-fz 13425  df-fzo 13568  df-fl 13697  df-mod 13775  df-seq 13907  df-exp 13968  df-hash 14231  df-cj 14984  df-re 14985  df-im 14986  df-sqrt 15120  df-abs 15121  df-dvds 16137  df-gcd 16375  df-prm 16548  df-odz 16637  df-phi 16638  df-pc 16709
This theorem is referenced by:  41prothprm  45801
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