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

Theorem odzcllem 14195
Description: - Lemma for odzcl 14196, showing existence of a recurrent point for the exponential. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Feb-2014.)
Assertion
Ref Expression
odzcllem  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ( odZ `  N ) `  A
)  e.  NN  /\  N  ||  ( ( A ^ ( ( odZ `  N ) `  A ) )  - 
1 ) ) )

Proof of Theorem odzcllem
Dummy variable  n is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 odzval 14194 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( odZ `  N ) `  A
)  =  sup ( { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^ n )  -  1 ) } ,  RR ,  `'  <  ) )
2 ssrab2 3590 . . . . 5  |-  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) }  C_  NN
3 nnuz 11129 . . . . 5  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
42, 3sseqtri 3541 . . . 4  |-  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) }  C_  ( ZZ>=
`  1 )
5 phicl 14175 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  e.  NN )
653ad2ant1 1017 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( phi `  N )  e.  NN )
7 eulerth 14189 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( A ^ ( phi `  N ) )  mod  N )  =  ( 1  mod  N
) )
8 simp1 996 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN )
9 simp2 997 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  A  e.  ZZ )
106nnnn0d 10864 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( phi `  N )  e. 
NN0 )
11 zexpcl 12161 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  ZZ  /\  ( phi `  N )  e.  NN0 )  -> 
( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ )
129, 10, 11syl2anc 661 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ )
13 1z 10906 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  ZZ
14 moddvds 13871 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ  /\  1  e.  ZZ )  ->  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N )  <->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
1513, 14mp3an3 1313 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  ( A ^ ( phi `  N ) )  e.  ZZ )  ->  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N )  <->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
168, 12, 15syl2anc 661 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ( A ^
( phi `  N
) )  mod  N
)  =  ( 1  mod  N )  <->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
177, 16mpbid 210 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  ||  ( ( A ^
( phi `  N
) )  -  1 ) )
18 oveq2 6303 . . . . . . . . 9  |-  ( n  =  ( phi `  N )  ->  ( A ^ n )  =  ( A ^ ( phi `  N ) ) )
1918oveq1d 6310 . . . . . . . 8  |-  ( n  =  ( phi `  N )  ->  (
( A ^ n
)  -  1 )  =  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) )
2019breq2d 4465 . . . . . . 7  |-  ( n  =  ( phi `  N )  ->  ( N  ||  ( ( A ^ n )  - 
1 )  <->  N  ||  (
( A ^ ( phi `  N ) )  -  1 ) ) )
2120rspcev 3219 . . . . . 6  |-  ( ( ( phi `  N
)  e.  NN  /\  N  ||  ( ( A ^ ( phi `  N ) )  - 
1 ) )  ->  E. n  e.  NN  N  ||  ( ( A ^ n )  - 
1 ) )
226, 17, 21syl2anc 661 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  E. n  e.  NN  N  ||  (
( A ^ n
)  -  1 ) )
23 rabn0 3810 . . . . 5  |-  ( { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^ n )  - 
1 ) }  =/=  (/)  <->  E. n  e.  NN  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) )
2422, 23sylibr 212 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) }  =/=  (/) )
25 infmssuzcl 11177 . . . 4  |-  ( ( { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^ n )  -  1 ) } 
C_  ( ZZ>= `  1
)  /\  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) }  =/=  (/) )  ->  sup ( { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) } ,  RR ,  `'  <  )  e. 
{ n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^ n )  -  1 ) } )
264, 24, 25sylancr 663 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  sup ( { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^ n )  -  1 ) } ,  RR ,  `'  <  )  e.  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) } )
271, 26eqeltrd 2555 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( odZ `  N ) `  A
)  e.  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) } )
28 oveq2 6303 . . . . 5  |-  ( n  =  ( ( odZ `  N ) `  A )  ->  ( A ^ n )  =  ( A ^ (
( odZ `  N ) `  A
) ) )
2928oveq1d 6310 . . . 4  |-  ( n  =  ( ( odZ `  N ) `  A )  ->  (
( A ^ n
)  -  1 )  =  ( ( A ^ ( ( odZ `  N ) `  A ) )  - 
1 ) )
3029breq2d 4465 . . 3  |-  ( n  =  ( ( odZ `  N ) `  A )  ->  ( N  ||  ( ( A ^ n )  - 
1 )  <->  N  ||  (
( A ^ (
( odZ `  N ) `  A
) )  -  1 ) ) )
3130elrab 3266 . 2  |-  ( ( ( odZ `  N ) `  A
)  e.  { n  e.  NN  |  N  ||  ( ( A ^
n )  -  1 ) }  <->  ( (
( odZ `  N ) `  A
)  e.  NN  /\  N  ||  ( ( A ^ ( ( odZ `  N ) `  A ) )  - 
1 ) ) )
3227, 31sylib 196 1  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ( odZ `  N ) `  A
)  e.  NN  /\  N  ||  ( ( A ^ ( ( odZ `  N ) `  A ) )  - 
1 ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    /\ w3a 973    = wceq 1379    e. wcel 1767    =/= wne 2662   E.wrex 2818   {crab 2821    C_ wss 3481   (/)c0 3790   class class class wbr 4453   `'ccnv 5004   ` cfv 5594  (class class class)co 6295   supcsup 7912   RRcr 9503   1c1 9505    < clt 9640    - cmin 9817   NNcn 10548   NN0cn0 10807   ZZcz 10876   ZZ>=cuz 11094    mod cmo 11976   ^cexp 12146    || cdivides 13864    gcd cgcd 14020   odZcodz 14169   phicphi 14170
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-rep 4564  ax-sep 4574  ax-nul 4582  ax-pow 4631  ax-pr 4692  ax-un 6587  ax-cnex 9560  ax-resscn 9561  ax-1cn 9562  ax-icn 9563  ax-addcl 9564  ax-addrcl 9565  ax-mulcl 9566  ax-mulrcl 9567  ax-mulcom 9568  ax-addass 9569  ax-mulass 9570  ax-distr 9571  ax-i2m1 9572  ax-1ne0 9573  ax-1rid 9574  ax-rnegex 9575  ax-rrecex 9576  ax-cnre 9577  ax-pre-lttri 9578  ax-pre-lttrn 9579  ax-pre-ltadd 9580  ax-pre-mulgt0 9581  ax-pre-sup 9582
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1382  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-nel 2665  df-ral 2822  df-rex 2823  df-reu 2824  df-rmo 2825  df-rab 2826  df-v 3120  df-sbc 3337  df-csb 3441  df-dif 3484  df-un 3486  df-in 3488  df-ss 3495  df-pss 3497  df-nul 3791  df-if 3946  df-pw 4018  df-sn 4034  df-pr 4036  df-tp 4038  df-op 4040  df-uni 4252  df-int 4289  df-iun 4333  df-br 4454  df-opab 4512  df-mpt 4513  df-tr 4547  df-eprel 4797  df-id 4801  df-po 4806  df-so 4807  df-fr 4844  df-we 4846  df-ord 4887  df-on 4888  df-lim 4889  df-suc 4890  df-xp 5011  df-rel 5012  df-cnv 5013  df-co 5014  df-dm 5015  df-rn 5016  df-res 5017  df-ima 5018  df-iota 5557  df-fun 5596  df-fn 5597  df-f 5598  df-f1 5599  df-fo 5600  df-f1o 5601  df-fv 5602  df-riota 6256  df-ov 6298  df-oprab 6299  df-mpt2 6300  df-om 6696  df-1st 6795  df-2nd 6796  df-recs 7054  df-rdg 7088  df-1o 7142  df-oadd 7146  df-er 7323  df-map 7434  df-en 7529  df-dom 7530  df-sdom 7531  df-fin 7532  df-sup 7913  df-card 8332  df-pnf 9642  df-mnf 9643  df-xr 9644  df-ltxr 9645  df-le 9646  df-sub 9819  df-neg 9820  df-div 10219  df-nn 10549  df-2 10606  df-3 10607  df-n0 10808  df-z 10877  df-uz 11095  df-rp 11233  df-fz 11685  df-fzo 11805  df-fl 11909  df-mod 11977  df-seq 12088  df-exp 12147  df-hash 12386  df-cj 12912  df-re 12913  df-im 12914  df-sqrt 13048  df-abs 13049  df-dvds 13865  df-gcd 14021  df-odz 14171  df-phi 14172
This theorem is referenced by:  odzcl  14196  odzid  14197
  Copyright terms: Public domain W3C validator