MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dfphi2 Structured version   Unicode version

Theorem dfphi2 13849
Description: Alternate definition of the Euler  phi function. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Feb-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 2-May-2016.)
Assertion
Ref Expression
dfphi2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  =  ( # `  {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
Distinct variable group:    x, N

Proof of Theorem dfphi2
StepHypRef Expression
1 elnn1uz2 10931 . 2  |-  ( N  e.  NN  <->  ( N  =  1  \/  N  e.  ( ZZ>= `  2 )
) )
2 phi1 13848 . . . . 5  |-  ( phi `  1 )  =  1
3 0z 10657 . . . . . 6  |-  0  e.  ZZ
4 hashsng 12136 . . . . . 6  |-  ( 0  e.  ZZ  ->  ( # `
 { 0 } )  =  1 )
53, 4ax-mp 5 . . . . 5  |-  ( # `  { 0 } )  =  1
6 rabid2 2898 . . . . . . 7  |-  ( { 0 }  =  {
x  e.  { 0 }  |  ( x  gcd  1 )  =  1 }  <->  A. x  e.  { 0 }  (
x  gcd  1 )  =  1 )
7 elsni 3902 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  { 0 }  ->  x  =  0 )
87oveq1d 6106 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  { 0 }  ->  ( x  gcd  1 )  =  ( 0  gcd  1 ) )
9 gcd1 13716 . . . . . . . . 9  |-  ( 0  e.  ZZ  ->  (
0  gcd  1 )  =  1 )
103, 9ax-mp 5 . . . . . . . 8  |-  ( 0  gcd  1 )  =  1
118, 10syl6eq 2491 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  { 0 }  ->  ( x  gcd  1 )  =  1 )
126, 11mprgbir 2786 . . . . . 6  |-  { 0 }  =  { x  e.  { 0 }  | 
( x  gcd  1
)  =  1 }
1312fveq2i 5694 . . . . 5  |-  ( # `  { 0 } )  =  ( # `  {
x  e.  { 0 }  |  ( x  gcd  1 )  =  1 } )
142, 5, 133eqtr2i 2469 . . . 4  |-  ( phi `  1 )  =  ( # `  {
x  e.  { 0 }  |  ( x  gcd  1 )  =  1 } )
15 fveq2 5691 . . . 4  |-  ( N  =  1  ->  ( phi `  N )  =  ( phi `  1
) )
16 oveq2 6099 . . . . . . 7  |-  ( N  =  1  ->  (
0..^ N )  =  ( 0..^ 1 ) )
17 fzo01 11612 . . . . . . 7  |-  ( 0..^ 1 )  =  {
0 }
1816, 17syl6eq 2491 . . . . . 6  |-  ( N  =  1  ->  (
0..^ N )  =  { 0 } )
19 oveq2 6099 . . . . . . 7  |-  ( N  =  1  ->  (
x  gcd  N )  =  ( x  gcd  1 ) )
2019eqeq1d 2451 . . . . . 6  |-  ( N  =  1  ->  (
( x  gcd  N
)  =  1  <->  (
x  gcd  1 )  =  1 ) )
2118, 20rabeqbidv 2967 . . . . 5  |-  ( N  =  1  ->  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  =  { x  e. 
{ 0 }  | 
( x  gcd  1
)  =  1 } )
2221fveq2d 5695 . . . 4  |-  ( N  =  1  ->  ( # `
 { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } )  =  ( # `  { x  e.  {
0 }  |  ( x  gcd  1 )  =  1 } ) )
2314, 15, 223eqtr4a 2501 . . 3  |-  ( N  =  1  ->  ( phi `  N )  =  ( # `  {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
24 eluz2b3 10928 . . . . . 6  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( N  e.  NN  /\  N  =/=  1 ) )
2524simplbi 460 . . . . 5  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  e.  NN )
26 phival 13842 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  =  ( # `  {
x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } ) )
2725, 26syl 16 . . . 4  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( phi `  N )  =  (
# `  { x  e.  ( 1 ... N
)  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
28 fzossfz 11570 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 1..^ N )  C_  (
1 ... N )
2928a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 1..^ N )  C_  (
1 ... N ) )
30 sseqin2 3569 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( 1..^ N )  C_  ( 1 ... N
)  <->  ( ( 1 ... N )  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( 1..^ N ) )
3129, 30sylib 196 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
1 ... N )  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( 1..^ N ) )
32 1nn0 10595 . . . . . . . . . . . 12  |-  1  e.  NN0
33 nn0uz 10895 . . . . . . . . . . . 12  |-  NN0  =  ( ZZ>= `  0 )
3432, 33eleqtri 2515 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  ( ZZ>= `  0 )
35 fzoss1 11576 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 1  e.  ( ZZ>= `  0
)  ->  ( 1..^ N )  C_  (
0..^ N ) )
3634, 35ax-mp 5 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1..^ N )  C_  (
0..^ N )
37 sseqin2 3569 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( 1..^ N )  C_  ( 0..^ N )  <->  ( (
0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( 1..^ N ) )
3836, 37mpbi 208 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( 1..^ N )
3931, 38syl6eqr 2493 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
1 ... N )  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( ( 0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) ) )
40 rabeq 2966 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( 1 ... N
)  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( ( 0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) )  ->  { x  e.  (
( 1 ... N
)  i^i  ( 1..^ N ) )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 }  =  { x  e.  ( ( 0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } )
4139, 40syl 16 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  { x  e.  ( ( 1 ... N )  i^i  (
1..^ N ) )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  =  { x  e.  ( ( 0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } )
42 inrab2 3623 . . . . . . 7  |-  ( { x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) )  =  {
x  e.  ( ( 1 ... N )  i^i  ( 1..^ N ) )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }
43 inrab2 3623 . . . . . . 7  |-  ( { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) )  =  { x  e.  ( ( 0..^ N )  i^i  ( 1..^ N ) )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 }
4441, 42, 433eqtr4g 2500 . . . . . 6  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( {
x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) )  =  ( { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) ) )
45 phibndlem 13845 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  { x  e.  ( 1 ... N
)  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  C_  (
1 ... ( N  - 
1 ) ) )
46 eluzelz 10870 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  e.  ZZ )
47 fzoval 11554 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  ZZ  ->  (
1..^ N )  =  ( 1 ... ( N  -  1 ) ) )
4846, 47syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 1..^ N )  =  ( 1 ... ( N  -  1 ) ) )
4945, 48sseqtr4d 3393 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  { x  e.  ( 1 ... N
)  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  C_  (
1..^ N ) )
50 df-ss 3342 . . . . . . 7  |-  ( { x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } 
C_  ( 1..^ N )  <->  ( { x  e.  ( 1 ... N
)  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  i^i  (
1..^ N ) )  =  { x  e.  ( 1 ... N
)  |  ( x  gcd  N )  =  1 } )
5149, 50sylib 196 . . . . . 6  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( {
x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) )  =  {
x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } )
52 gcd0id 13707 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( N  e.  ZZ  ->  (
0  gcd  N )  =  ( abs `  N
) )
5346, 52syl 16 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 0  gcd  N )  =  ( abs `  N
) )
54 eluzelre 10871 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  e.  RR )
5525nnnn0d 10636 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  e.  NN0 )
5655nn0ge0d 10639 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  0  <_  N )
5754, 56absidd 12909 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( abs `  N )  =  N )
5853, 57eqtrd 2475 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 0  gcd  N )  =  N )
5924simprbi 464 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  N  =/=  1 )
6058, 59eqnetrd 2626 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( 0  gcd  N )  =/=  1 )
6160adantr 465 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  ( 0  gcd  N )  =/=  1 )
627oveq1d 6106 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  e.  { 0 }  ->  ( x  gcd  N )  =  ( 0  gcd  N ) )
6362, 17eleq2s 2535 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  ( 0..^ 1 )  ->  ( x  gcd  N )  =  ( 0  gcd  N ) )
6463neeq1d 2621 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ( 0..^ 1 )  ->  ( (
x  gcd  N )  =/=  1  <->  ( 0  gcd 
N )  =/=  1
) )
6561, 64syl5ibrcom 222 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  ( x  e.  ( 0..^ 1 )  ->  ( x  gcd  N )  =/=  1 ) )
6665necon2bd 2660 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  ( (
x  gcd  N )  =  1  ->  -.  x  e.  ( 0..^ 1 ) ) )
67 simpr 461 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  x  e.  ( 0..^ N ) )
68 1z 10676 . . . . . . . . . . . 12  |-  1  e.  ZZ
69 fzospliti 11581 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  1  e.  ZZ )  ->  (
x  e.  ( 0..^ 1 )  \/  x  e.  ( 1..^ N ) ) )
7067, 68, 69sylancl 662 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  ( x  e.  ( 0..^ 1 )  \/  x  e.  ( 1..^ N ) ) )
7170ord 377 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  ( -.  x  e.  ( 0..^ 1 )  ->  x  e.  ( 1..^ N ) ) )
7266, 71syld 44 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  ->  ( (
x  gcd  N )  =  1  ->  x  e.  ( 1..^ N ) ) )
7372ralrimiva 2799 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  A. x  e.  ( 0..^ N ) ( ( x  gcd  N )  =  1  ->  x  e.  ( 1..^ N ) ) )
74 rabss 3429 . . . . . . . 8  |-  ( { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  C_  ( 1..^ N )  <->  A. x  e.  ( 0..^ N ) ( ( x  gcd  N )  =  1  ->  x  e.  ( 1..^ N ) ) )
7573, 74sylibr 212 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } 
C_  ( 1..^ N ) )
76 df-ss 3342 . . . . . . 7  |-  ( { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  C_  ( 1..^ N )  <->  ( {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) )  =  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } )
7775, 76sylib 196 . . . . . 6  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  i^i  ( 1..^ N ) )  =  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } )
7844, 51, 773eqtr3d 2483 . . . . 5  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  { x  e.  ( 1 ... N
)  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  =  {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } )
7978fveq2d 5695 . . . 4  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( # `  {
x  e.  ( 1 ... N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } )  =  ( # `  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } ) )
8027, 79eqtrd 2475 . . 3  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( phi `  N )  =  (
# `  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
8123, 80jaoi 379 . 2  |-  ( ( N  =  1  \/  N  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )  -> 
( phi `  N
)  =  ( # `  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } ) )
821, 81sylbi 195 1  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  =  ( # `  {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    \/ wo 368    /\ wa 369    = wceq 1369    e. wcel 1756    =/= wne 2606   A.wral 2715   {crab 2719    i^i cin 3327    C_ wss 3328   {csn 3877   ` cfv 5418  (class class class)co 6091   0cc0 9282   1c1 9283    - cmin 9595   NNcn 10322   2c2 10371   NN0cn0 10579   ZZcz 10646   ZZ>=cuz 10861   ...cfz 11437  ..^cfzo 11548   #chash 12103   abscabs 12723    gcd cgcd 13690   phicphi 13839
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1591  ax-4 1602  ax-5 1670  ax-6 1708  ax-7 1728  ax-8 1758  ax-9 1760  ax-10 1775  ax-11 1780  ax-12 1792  ax-13 1943  ax-ext 2423  ax-sep 4413  ax-nul 4421  ax-pow 4470  ax-pr 4531  ax-un 6372  ax-cnex 9338  ax-resscn 9339  ax-1cn 9340  ax-icn 9341  ax-addcl 9342  ax-addrcl 9343  ax-mulcl 9344  ax-mulrcl 9345  ax-mulcom 9346  ax-addass 9347  ax-mulass 9348  ax-distr 9349  ax-i2m1 9350  ax-1ne0 9351  ax-1rid 9352  ax-rnegex 9353  ax-rrecex 9354  ax-cnre 9355  ax-pre-lttri 9356  ax-pre-lttrn 9357  ax-pre-ltadd 9358  ax-pre-mulgt0 9359  ax-pre-sup 9360
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1372  df-ex 1587  df-nf 1590  df-sb 1701  df-eu 2257  df-mo 2258  df-clab 2430  df-cleq 2436  df-clel 2439  df-nfc 2568  df-ne 2608  df-nel 2609  df-ral 2720  df-rex 2721  df-reu 2722  df-rmo 2723  df-rab 2724  df-v 2974  df-sbc 3187  df-csb 3289  df-dif 3331  df-un 3333  df-in 3335  df-ss 3342  df-pss 3344  df-nul 3638  df-if 3792  df-pw 3862  df-sn 3878  df-pr 3880  df-tp 3882  df-op 3884  df-uni 4092  df-int 4129  df-iun 4173  df-br 4293  df-opab 4351  df-mpt 4352  df-tr 4386  df-eprel 4632  df-id 4636  df-po 4641  df-so 4642  df-fr 4679  df-we 4681  df-ord 4722  df-on 4723  df-lim 4724  df-suc 4725  df-xp 4846  df-rel 4847  df-cnv 4848  df-co 4849  df-dm 4850  df-rn 4851  df-res 4852  df-ima 4853  df-iota 5381  df-fun 5420  df-fn 5421  df-f 5422  df-f1 5423  df-fo 5424  df-f1o 5425  df-fv 5426  df-riota 6052  df-ov 6094  df-oprab 6095  df-mpt2 6096  df-om 6477  df-1st 6577  df-2nd 6578  df-recs 6832  df-rdg 6866  df-1o 6920  df-oadd 6924  df-er 7101  df-en 7311  df-dom 7312  df-sdom 7313  df-fin 7314  df-sup 7691  df-card 8109  df-pnf 9420  df-mnf 9421  df-xr 9422  df-ltxr 9423  df-le 9424  df-sub 9597  df-neg 9598  df-div 9994  df-nn 10323  df-2 10380  df-3 10381  df-n0 10580  df-z 10647  df-uz 10862  df-rp 10992  df-fz 11438  df-fzo 11549  df-seq 11807  df-exp 11866  df-hash 12104  df-cj 12588  df-re 12589  df-im 12590  df-sqr 12724  df-abs 12725  df-dvds 13536  df-gcd 13691  df-phi 13841
This theorem is referenced by:  phimullem  13854  eulerth  13858  odngen  16076  znunithash  17997  hashgcdeq  29566
  Copyright terms: Public domain W3C validator