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

Theorem znunithash 18106
Description: The size of the unit group of ℤ/nℤ. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
znchr.y  |-  Y  =  (ℤ/n `  N )
znunit.u  |-  U  =  (Unit `  Y )
Assertion
Ref Expression
znunithash  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 U )  =  ( phi `  N
) )

Proof of Theorem znunithash
Dummy variable  x is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dfphi2 13951 . 2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  =  ( # `  {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
2 nnnn0 10687 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  NN0 )
3 znchr.y . . . . . . . . . 10  |-  Y  =  (ℤ/n `  N )
4 eqid 2451 . . . . . . . . . 10  |-  ( Base `  Y )  =  (
Base `  Y )
5 eqid 2451 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) )  =  ( ( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) )
6 eqid 2451 . . . . . . . . . 10  |-  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) )
73, 4, 5, 6znf1o 18093 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y ) )
82, 7syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) )
9 nnne0 10455 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  =/=  0 )
10 ifnefalse 3899 . . . . . . . . 9  |-  ( N  =/=  0  ->  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N ) )
11 reseq2 5203 . . . . . . . . . . 11  |-  ( if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N )  ->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) )  =  ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) )
12 f1oeq1 5730 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) )  =  ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )  ->  ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y )  <->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) ) )
1311, 12syl 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N )  ->  ( (
( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
)  <->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) ) )
14 f1oeq2 5731 . . . . . . . . . 10  |-  ( if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N )  ->  ( (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y )  <->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) ) )
1513, 14bitrd 253 . . . . . . . . 9  |-  ( if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N )  ->  ( (
( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
)  <->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) ) )
169, 10, 153syl 20 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
)  <->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) ) )
178, 16mpbid 210 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y ) )
18 f1ofn 5740 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y )  ->  (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) )  Fn  (
0..^ N ) )
19 elpreima 5922 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) )  Fn  (
0..^ N )  -> 
( x  e.  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U ) ) )
2017, 18, 193syl 20 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  (
x  e.  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U ) ) )
21 fvres 5803 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( 0..^ N )  ->  ( (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) `  x
)  =  ( ( ZRHom `  Y ) `  x ) )
2221adantl 466 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) `
 x )  =  ( ( ZRHom `  Y ) `  x
) )
2322eleq1d 2520 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U  <->  ( ( ZRHom `  Y ) `  x )  e.  U
) )
24 elfzoelz 11654 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( 0..^ N )  ->  x  e.  ZZ )
25 znunit.u . . . . . . . . . 10  |-  U  =  (Unit `  Y )
26 eqid 2451 . . . . . . . . . 10  |-  ( ZRHom `  Y )  =  ( ZRHom `  Y )
273, 25, 26znunit 18105 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  x  e.  ZZ )  ->  ( ( ( ZRHom `  Y ) `  x
)  e.  U  <->  ( x  gcd  N )  =  1 ) )
282, 24, 27syl2an 477 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ZRHom `  Y ) `  x
)  e.  U  <->  ( x  gcd  N )  =  1 ) )
2923, 28bitrd 253 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U  <->  ( x  gcd  N )  =  1 ) )
3029pm5.32da 641 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) `
 x )  e.  U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( x  gcd  N )  =  1 ) ) )
3120, 30bitrd 253 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN  ->  (
x  e.  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( x  gcd  N )  =  1 ) ) )
3231abbi2dv 2588 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  =  { x  |  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  (
x  gcd  N )  =  1 ) } )
33 df-rab 2804 . . . 4  |-  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  =  { x  |  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( x  gcd  N )  =  1 ) }
3432, 33syl6eqr 2510 . . 3  |-  ( N  e.  NN  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  =  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } )
3534fveq2d 5793 . 2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 ( `' ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) " U
) )  =  (
# `  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
36 f1ocnv 5751 . . . . 5  |-  ( ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y )  ->  `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
)
-1-1-onto-> ( 0..^ N ) )
37 f1of1 5738 . . . . 5  |-  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
)
-1-1-onto-> ( 0..^ N )  ->  `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
) -1-1-> ( 0..^ N ) )
3817, 36, 373syl 20 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
) -1-1-> ( 0..^ N ) )
39 ovex 6215 . . . . 5  |-  ( 0..^ N )  e.  _V
4039a1i 11 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  (
0..^ N )  e. 
_V )
414, 25unitss 16858 . . . . 5  |-  U  C_  ( Base `  Y )
4241a1i 11 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  U  C_  ( Base `  Y
) )
43 fvex 5799 . . . . . 6  |-  (Unit `  Y )  e.  _V
4425, 43eqeltri 2535 . . . . 5  |-  U  e. 
_V
4544a1i 11 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  U  e.  _V )
46 f1imaen2g 7470 . . . 4  |-  ( ( ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) : ( Base `  Y ) -1-1-> ( 0..^ N )  /\  (
0..^ N )  e. 
_V )  /\  ( U  C_  ( Base `  Y
)  /\  U  e.  _V ) )  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  ~~  U )
4738, 40, 42, 45, 46syl22anc 1220 . . 3  |-  ( N  e.  NN  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  ~~  U )
48 hasheni 12220 . . 3  |-  ( ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  ~~  U  ->  ( # `  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U ) )  =  ( # `  U
) )
4947, 48syl 16 . 2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 ( `' ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) " U
) )  =  (
# `  U )
)
501, 35, 493eqtr2rd 2499 1  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 U )  =  ( phi `  N
) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1370    e. wcel 1758   {cab 2436    =/= wne 2644   {crab 2799   _Vcvv 3068    C_ wss 3426   ifcif 3889   class class class wbr 4390   `'ccnv 4937    |` cres 4940   "cima 4941    Fn wfn 5511   -1-1->wf1 5513   -1-1-onto->wf1o 5515   ` cfv 5516  (class class class)co 6190    ~~ cen 7407   0cc0 9383   1c1 9384   NNcn 10423   NN0cn0 10680   ZZcz 10747  ..^cfzo 11649   #chash 12204    gcd cgcd 13792   phicphi 13941   Basecbs 14276  Unitcui 16837   ZRHomczrh 18040  ℤ/nczn 18043
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1592  ax-4 1603  ax-5 1671  ax-6 1710  ax-7 1730  ax-8 1760  ax-9 1762  ax-10 1777  ax-11 1782  ax-12 1794  ax-13 1952  ax-ext 2430  ax-rep 4501  ax-sep 4511  ax-nul 4519  ax-pow 4568  ax-pr 4629  ax-un 6472  ax-inf2 7948  ax-cnex 9439  ax-resscn 9440  ax-1cn 9441  ax-icn 9442  ax-addcl 9443  ax-addrcl 9444  ax-mulcl 9445  ax-mulrcl 9446  ax-mulcom 9447  ax-addass 9448  ax-mulass 9449  ax-distr 9450  ax-i2m1 9451  ax-1ne0 9452  ax-1rid 9453  ax-rnegex 9454  ax-rrecex 9455  ax-cnre 9456  ax-pre-lttri 9457  ax-pre-lttrn 9458  ax-pre-ltadd 9459  ax-pre-mulgt0 9460  ax-pre-sup 9461  ax-addf 9462  ax-mulf 9463
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1373  df-ex 1588  df-nf 1591  df-sb 1703  df-eu 2264  df-mo 2265  df-clab 2437  df-cleq 2443  df-clel 2446  df-nfc 2601  df-ne 2646  df-nel 2647  df-ral 2800  df-rex 2801  df-reu 2802  df-rmo 2803  df-rab 2804  df-v 3070  df-sbc 3285  df-csb 3387  df-dif 3429  df-un 3431  df-in 3433  df-ss 3440  df-pss 3442  df-nul 3736  df-if 3890  df-pw 3960  df-sn 3976  df-pr 3978  df-tp 3980  df-op 3982  df-uni 4190  df-int 4227  df-iun 4271  df-br 4391  df-opab 4449  df-mpt 4450  df-tr 4484  df-eprel 4730  df-id 4734  df-po 4739  df-so 4740  df-fr 4777  df-we 4779  df-ord 4820  df-on 4821  df-lim 4822  df-suc 4823  df-xp 4944  df-rel 4945  df-cnv 4946  df-co 4947  df-dm 4948  df-rn 4949  df-res 4950  df-ima 4951  df-iota 5479  df-fun 5518  df-fn 5519  df-f 5520  df-f1 5521  df-fo 5522  df-f1o 5523  df-fv 5524  df-riota 6151  df-ov 6193  df-oprab 6194  df-mpt2 6195  df-om 6577  df-1st 6677  df-2nd 6678  df-tpos 6845  df-recs 6932  df-rdg 6966  df-1o 7020  df-oadd 7024  df-er 7201  df-ec 7203  df-qs 7207  df-map 7316  df-en 7411  df-dom 7412  df-sdom 7413  df-fin 7414  df-sup 7792  df-card 8210  df-pnf 9521  df-mnf 9522  df-xr 9523  df-ltxr 9524  df-le 9525  df-sub 9698  df-neg 9699  df-div 10095  df-nn 10424  df-2 10481  df-3 10482  df-4 10483  df-5 10484  df-6 10485  df-7 10486  df-8 10487  df-9 10488  df-10 10489  df-n0 10681  df-z 10748  df-dec 10857  df-uz 10963  df-rp 11093  df-fz 11539  df-fzo 11650  df-fl 11743  df-mod 11810  df-seq 11908  df-exp 11967  df-hash 12205  df-cj 12690  df-re 12691  df-im 12692  df-sqr 12826  df-abs 12827  df-dvds 13638  df-gcd 13793  df-phi 13943  df-struct 14278  df-ndx 14279  df-slot 14280  df-base 14281  df-sets 14282  df-ress 14283  df-plusg 14353  df-mulr 14354  df-starv 14355  df-sca 14356  df-vsca 14357  df-ip 14358  df-tset 14359  df-ple 14360  df-ds 14362  df-unif 14363  df-0g 14482  df-imas 14548  df-divs 14549  df-mnd 15517  df-mhm 15566  df-grp 15647  df-minusg 15648  df-sbg 15649  df-mulg 15650  df-subg 15780  df-nsg 15781  df-eqg 15782  df-ghm 15847  df-cmn 16383  df-abl 16384  df-mgp 16697  df-ur 16709  df-rng 16753  df-cring 16754  df-oppr 16821  df-dvdsr 16839  df-unit 16840  df-rnghom 16912  df-subrg 16969  df-lmod 17056  df-lss 17120  df-lsp 17159  df-sra 17359  df-rgmod 17360  df-lidl 17361  df-rsp 17362  df-2idl 17420  df-cnfld 17928  df-zring 17993  df-zrh 18044  df-zn 18047
This theorem is referenced by:  dchrfi  22710  dchrsum2  22723
  Copyright terms: Public domain W3C validator