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

Theorem znunithash 16800
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 13118 . 2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( phi `  N )  =  ( # `  {
x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
2 nnnn0 10184 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  NN0 )
3 eqid 2404 . . . . . . . . . 10  |-  (flds  ZZ )  =  (flds  ZZ )
4 znchr.y . . . . . . . . . 10  |-  Y  =  (ℤ/n `  N )
5 eqid 2404 . . . . . . . . . 10  |-  ( Base `  Y )  =  (
Base `  Y )
6 eqid 2404 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) )  =  ( ( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) )
7 eqid 2404 . . . . . . . . . 10  |-  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) )
83, 4, 5, 6, 7znf1o 16787 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y ) )
92, 8syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( ZRHom `  Y
)  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) ) : if ( N  =  0 ,  ZZ , 
( 0..^ N ) ) -1-1-onto-> ( Base `  Y
) )
10 nnne0 9988 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  =/=  0 )
11 ifnefalse 3707 . . . . . . . . 9  |-  ( N  =/=  0  ->  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N ) )
12 reseq2 5100 . . . . . . . . . . 11  |-  ( if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) )  =  ( 0..^ N )  ->  ( ( ZRHom `  Y )  |`  if ( N  =  0 ,  ZZ ,  ( 0..^ N ) ) )  =  ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) )
13 f1oeq1 5624 . . . . . . . . . . 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
) ) )
1412, 13syl 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
) ) )
15 f1oeq2 5625 . . . . . . . . . 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
) ) )
1614, 15bitrd 245 . . . . . . . . 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
) ) )
1710, 11, 163syl 19 . . . . . . . 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
) ) )
189, 17mpbid 202 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y ) )
19 f1ofn 5634 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y )  ->  (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) )  Fn  (
0..^ N ) )
20 elpreima 5809 . . . . . . 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 ) ) )
2118, 19, 203syl 19 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  (
x  e.  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U ) ) )
22 fvres 5704 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( 0..^ N )  ->  ( (
( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) `  x
)  =  ( ( ZRHom `  Y ) `  x ) )
2322adantl 453 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) `
 x )  =  ( ( ZRHom `  Y ) `  x
) )
2423eleq1d 2470 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U  <->  ( ( ZRHom `  Y ) `  x )  e.  U
) )
25 elfzoelz 11095 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( 0..^ N )  ->  x  e.  ZZ )
26 znunit.u . . . . . . . . . 10  |-  U  =  (Unit `  Y )
27 eqid 2404 . . . . . . . . . 10  |-  ( ZRHom `  Y )  =  ( ZRHom `  Y )
284, 26, 27znunit 16799 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  x  e.  ZZ )  ->  ( ( ( ZRHom `  Y ) `  x
)  e.  U  <->  ( x  gcd  N )  =  1 ) )
292, 25, 28syl2an 464 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ZRHom `  Y ) `  x
)  e.  U  <->  ( x  gcd  N )  =  1 ) )
3024, 29bitrd 245 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  x  e.  ( 0..^ N ) )  -> 
( ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  ( 0..^ N ) ) `  x )  e.  U  <->  ( x  gcd  N )  =  1 ) )
3130pm5.32da 623 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  (
( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) `
 x )  e.  U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( x  gcd  N )  =  1 ) ) )
3221, 31bitrd 245 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN  ->  (
x  e.  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  <->  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( x  gcd  N )  =  1 ) ) )
3332abbi2dv 2519 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  =  { x  |  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  (
x  gcd  N )  =  1 ) } )
34 df-rab 2675 . . . 4  |-  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 }  =  { x  |  ( x  e.  ( 0..^ N )  /\  ( x  gcd  N )  =  1 ) }
3533, 34syl6eqr 2454 . . 3  |-  ( N  e.  NN  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  =  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N
)  =  1 } )
3635fveq2d 5691 . 2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 ( `' ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) " U
) )  =  (
# `  { x  e.  ( 0..^ N )  |  ( x  gcd  N )  =  1 } ) )
37 f1ocnv 5646 . . . . 5  |-  ( ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) : ( 0..^ N ) -1-1-onto-> ( Base `  Y )  ->  `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
)
-1-1-onto-> ( 0..^ N ) )
38 f1of1 5632 . . . . 5  |-  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
)
-1-1-onto-> ( 0..^ N )  ->  `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
) -1-1-> ( 0..^ N ) )
3918, 37, 383syl 19 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) ) : ( Base `  Y
) -1-1-> ( 0..^ N ) )
40 ovex 6065 . . . . 5  |-  ( 0..^ N )  e.  _V
4140a1i 11 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  (
0..^ N )  e. 
_V )
425, 26unitss 15720 . . . . 5  |-  U  C_  ( Base `  Y )
4342a1i 11 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  U  C_  ( Base `  Y
) )
44 fvex 5701 . . . . . 6  |-  (Unit `  Y )  e.  _V
4526, 44eqeltri 2474 . . . . 5  |-  U  e. 
_V
4645a1i 11 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  U  e.  _V )
47 f1imaen2g 7127 . . . 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 )
4839, 41, 43, 46, 47syl22anc 1185 . . 3  |-  ( N  e.  NN  ->  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  ~~  U )
49 hasheni 11587 . . 3  |-  ( ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U )  ~~  U  ->  ( # `  ( `' ( ( ZRHom `  Y )  |`  (
0..^ N ) )
" U ) )  =  ( # `  U
) )
5048, 49syl 16 . 2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 ( `' ( ( ZRHom `  Y
)  |`  ( 0..^ N ) ) " U
) )  =  (
# `  U )
)
511, 36, 503eqtr2rd 2443 1  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 U )  =  ( phi `  N
) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1721   {cab 2390    =/= wne 2567   {crab 2670   _Vcvv 2916    C_ wss 3280   ifcif 3699   class class class wbr 4172   `'ccnv 4836    |` cres 4839   "cima 4840    Fn wfn 5408   -1-1->wf1 5410   -1-1-onto->wf1o 5412   ` cfv 5413  (class class class)co 6040    ~~ cen 7065   0cc0 8946   1c1 8947   NNcn 9956   NN0cn0 10177   ZZcz 10238  ..^cfzo 11090   #chash 11573    gcd cgcd 12961   phicphi 13108   Basecbs 13424   ↾s cress 13425  Unitcui 15699  ℂfldccnfld 16658   ZRHomczrh 16733  ℤ/nczn 16736
This theorem is referenced by:  dchrfi  20992  dchrsum2  21005
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2385  ax-rep 4280  ax-sep 4290  ax-nul 4298  ax-pow 4337  ax-pr 4363  ax-un 4660  ax-inf2 7552  ax-cnex 9002  ax-resscn 9003  ax-1cn 9004  ax-icn 9005  ax-addcl 9006  ax-addrcl 9007  ax-mulcl 9008  ax-mulrcl 9009  ax-mulcom 9010  ax-addass 9011  ax-mulass 9012  ax-distr 9013  ax-i2m1 9014  ax-1ne0 9015  ax-1rid 9016  ax-rnegex 9017  ax-rrecex 9018  ax-cnre 9019  ax-pre-lttri 9020  ax-pre-lttrn 9021  ax-pre-ltadd 9022  ax-pre-mulgt0 9023  ax-pre-sup 9024  ax-addf 9025  ax-mulf 9026
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2258  df-mo 2259  df-clab 2391  df-cleq 2397  df-clel 2400  df-nfc 2529  df-ne 2569  df-nel 2570  df-ral 2671  df-rex 2672  df-reu 2673  df-rmo 2674  df-rab 2675  df-v 2918  df-sbc 3122  df-csb 3212  df-dif 3283  df-un 3285  df-in 3287  df-ss 3294  df-pss 3296  df-nul 3589  df-if 3700  df-pw 3761  df-sn 3780  df-pr 3781  df-tp 3782  df-op 3783  df-uni 3976  df-int 4011  df-iun 4055  df-br 4173  df-opab 4227  df-mpt 4228  df-tr 4263  df-eprel 4454  df-id 4458  df-po 4463  df-so 4464  df-fr 4501  df-we 4503  df-ord 4544  df-on 4545  df-lim 4546  df-suc 4547  df-om 4805  df-xp 4843  df-rel 4844  df-cnv 4845  df-co 4846  df-dm 4847  df-rn 4848  df-res 4849  df-ima 4850  df-iota 5377  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-ov 6043  df-oprab 6044  df-mpt2 6045  df-1st 6308  df-2nd 6309  df-tpos 6438  df-riota 6508  df-recs 6592  df-rdg 6627  df-1o 6683  df-oadd 6687  df-er 6864  df-ec 6866  df-qs 6870  df-map 6979  df-en 7069  df-dom 7070  df-sdom 7071  df-fin 7072  df-sup 7404  df-card 7782  df-pnf 9078  df-mnf 9079  df-xr 9080  df-ltxr 9081  df-le 9082  df-sub 9249  df-neg 9250  df-div 9634  df-nn 9957  df-2 10014  df-3 10015  df-4 10016  df-5 10017  df-6 10018  df-7 10019  df-8 10020  df-9 10021  df-10 10022  df-n0 10178  df-z 10239  df-dec 10339  df-uz 10445  df-rp 10569  df-fz 11000  df-fzo 11091  df-fl 11157  df-mod 11206  df-seq 11279  df-exp 11338  df-hash 11574  df-cj 11859  df-re 11860  df-im 11861  df-sqr 11995  df-abs 11996  df-dvds 12808  df-gcd 12962  df-phi 13110  df-struct 13426  df-ndx 13427  df-slot 13428  df-base 13429  df-sets 13430  df-ress 13431  df-plusg 13497  df-mulr 13498  df-starv 13499  df-sca 13500  df-vsca 13501  df-tset 13503  df-ple 13504  df-ds 13506  df-unif 13507  df-0g 13682  df-imas 13689  df-divs 13690  df-mnd 14645  df-mhm 14693  df-grp 14767  df-minusg 14768  df-sbg 14769  df-mulg 14770  df-subg 14896  df-nsg 14897  df-eqg 14898  df-ghm 14959  df-cmn 15369  df-abl 15370  df-mgp 15604  df-rng 15618  df-cring 15619  df-ur 15620  df-oppr 15683  df-dvdsr 15701  df-unit 15702  df-rnghom 15774  df-subrg 15821  df-lmod 15907  df-lss 15964  df-lsp 16003  df-sra 16199  df-rgmod 16200  df-lidl 16201  df-rsp 16202  df-2idl 16258  df-cnfld 16659  df-zrh 16737  df-zn 16740
  Copyright terms: Public domain W3C validator