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

Theorem dirith 21254
Description: Dirichlet's theorem: there are infinitely many primes in any arithmetic progression coprime to  N. Theorem 9.4.1 of [Shapiro], p. 375. See http://metamath-blog.blogspot.com/2016/05/dirichlets-theorem.html for an informal exposition. (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2016.)
Assertion
Ref Expression
dirith  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) }  ~~  NN )
Distinct variable groups:    A, p    N, p

Proof of Theorem dirith
StepHypRef Expression
1 simp1 958 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN )
21nnnn0d 10305 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN0 )
32adantr 453 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  N  e.  NN0 )
4 eqid 2442 . . . . . . 7  |-  (ℤ/n `  N
)  =  (ℤ/n `  N
)
5 eqid 2442 . . . . . . 7  |-  ( Base `  (ℤ/n `  N ) )  =  ( Base `  (ℤ/n `  N
) )
6 eqid 2442 . . . . . . 7  |-  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  =  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )
74, 5, 6znzrhfo 16859 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) : ZZ -onto-> ( Base `  (ℤ/n `  N
) ) )
8 fofn 5684 . . . . . 6  |-  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) : ZZ -onto-> ( Base `  (ℤ/n `  N
) )  ->  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  Fn  ZZ )
93, 7, 83syl 19 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )  Fn  ZZ )
10 prmz 13114 . . . . . 6  |-  ( p  e.  Prime  ->  p  e.  ZZ )
1110adantl 454 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  p  e.  ZZ )
12 fniniseg 5880 . . . . . 6  |-  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  Fn  ZZ  ->  ( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( p  e.  ZZ  /\  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) ) )
1312baibd 877 . . . . 5  |-  ( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )  Fn  ZZ  /\  p  e.  ZZ )  ->  ( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) )
149, 11, 13syl2anc 644 . . . 4  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) )
15 simp2 959 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  A  e.  ZZ )
1615adantr 453 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  A  e.  ZZ )
174, 6zndvds 16861 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  p  e.  ZZ  /\  A  e.  ZZ )  ->  (
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  <->  N  ||  ( p  -  A ) ) )
183, 11, 16, 17syl3anc 1185 . . . 4  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  <->  N  ||  ( p  -  A ) ) )
1914, 18bitrd 246 . . 3  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
N  ||  ( p  -  A ) ) )
2019rabbi2dva 3534 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( Prime  i^i  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } ) )  =  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) } )
21 eqid 2442 . . 3  |-  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  =  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )
22 simp3 960 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( A  gcd  N )  =  1 )
234, 21, 6znunit 16875 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  A  e.  ZZ )  ->  ( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A )  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  <->  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
242, 15, 23syl2anc 644 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A )  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  <->  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
2522, 24mpbird 225 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) ) )
26 eqid 2442 . . 3  |-  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) " {
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  =  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )
274, 6, 1, 21, 25, 26dirith2 21253 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( Prime  i^i  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } ) )  ~~  NN )
2820, 27eqbrtrrd 4259 1  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) }  ~~  NN )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 178    /\ wa 360    /\ w3a 937    = wceq 1653    e. wcel 1727   {crab 2715    i^i cin 3305   {csn 3838   class class class wbr 4237   `'ccnv 4906   "cima 4910    Fn wfn 5478   -onto->wfo 5481   ` cfv 5483  (class class class)co 6110    ~~ cen 7135   1c1 9022    - cmin 9322   NNcn 10031   NN0cn0 10252   ZZcz 10313    || cdivides 12883    gcd cgcd 13037   Primecprime 13110   Basecbs 13500  Unitcui 15775   ZRHomczrh 16809  ℤ/nczn 16812
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1556  ax-5 1567  ax-17 1627  ax-9 1668  ax-8 1689  ax-13 1729  ax-14 1731  ax-6 1746  ax-7 1751  ax-11 1763  ax-12 1953  ax-ext 2423  ax-rep 4345  ax-sep 4355  ax-nul 4363  ax-pow 4406  ax-pr 4432  ax-un 4730  ax-inf2 7625  ax-cnex 9077  ax-resscn 9078  ax-1cn 9079  ax-icn 9080  ax-addcl 9081  ax-addrcl 9082  ax-mulcl 9083  ax-mulrcl 9084  ax-mulcom 9085  ax-addass 9086  ax-mulass 9087  ax-distr 9088  ax-i2m1 9089  ax-1ne0 9090  ax-1rid 9091  ax-rnegex 9092  ax-rrecex 9093  ax-cnre 9094  ax-pre-lttri 9095  ax-pre-lttrn 9096  ax-pre-ltadd 9097  ax-pre-mulgt0 9098  ax-pre-sup 9099  ax-addf 9100  ax-mulf 9101
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 938  df-3an 939  df-tru 1329  df-fal 1330  df-ex 1552  df-nf 1555  df-sb 1660  df-eu 2291  df-mo 2292  df-clab 2429  df-cleq 2435  df-clel 2438  df-nfc 2567  df-ne 2607  df-nel 2608  df-ral 2716  df-rex 2717  df-reu 2718  df-rmo 2719  df-rab 2720  df-v 2964  df-sbc 3168  df-csb 3268  df-dif 3309  df-un 3311  df-in 3313  df-ss 3320  df-pss 3322  df-nul 3614  df-if 3764  df-pw 3825  df-sn 3844  df-pr 3845  df-tp 3846  df-op 3847  df-uni 4040  df-int 4075  df-iun 4119  df-iin 4120  df-disj 4208  df-br 4238  df-opab 4292  df-mpt 4293  df-tr 4328  df-eprel 4523  df-id 4527  df-po 4532  df-so 4533  df-fr 4570  df-se 4571  df-we 4572  df-ord 4613  df-on 4614  df-lim 4615  df-suc 4616  df-om 4875  df-xp 4913  df-rel 4914  df-cnv 4915  df-co 4916  df-dm 4917  df-rn 4918  df-res 4919  df-ima 4920  df-iota 5447  df-fun 5485  df-fn 5486  df-f 5487  df-f1 5488  df-fo 5489  df-f1o 5490  df-fv 5491  df-isom 5492  df-ov 6113  df-oprab 6114  df-mpt2 6115  df-of 6334  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-tpos 6508  df-rpss 6551  df-riota 6578  df-recs 6662  df-rdg 6697  df-1o 6753  df-2o 6754  df-oadd 6757  df-omul 6758  df-er 6934  df-ec 6936  df-qs 6940  df-map 7049  df-pm 7050  df-ixp 7093  df-en 7139  df-dom 7140  df-sdom 7141  df-fin 7142  df-fi 7445  df-sup 7475  df-oi 7508  df-card 7857  df-acn 7860  df-cda 8079  df-pnf 9153  df-mnf 9154  df-xr 9155  df-ltxr 9156  df-le 9157  df-sub 9324  df-neg 9325  df-div 9709  df-nn 10032  df-2 10089  df-3 10090  df-4 10091  df-5 10092  df-6 10093  df-7 10094  df-8 10095  df-9 10096  df-10 10097  df-n0 10253  df-z 10314  df-dec 10414  df-uz 10520  df-q 10606  df-rp 10644  df-xneg 10741  df-xadd 10742  df-xmul 10743  df-ioo 10951  df-ioc 10952  df-ico 10953  df-icc 10954  df-fz 11075  df-fzo 11167  df-fl 11233  df-mod 11282  df-seq 11355  df-exp 11414  df-fac 11598  df-bc 11625  df-hash 11650  df-word 11754  df-concat 11755  df-s1 11756  df-shft 11913  df-cj 11935  df-re 11936  df-im 11937  df-sqr 12071  df-abs 12072  df-limsup 12296  df-clim 12313  df-rlim 12314  df-o1 12315  df-lo1 12316  df-sum 12511  df-ef 12701  df-e 12702  df-sin 12703  df-cos 12704  df-tan 12705  df-pi 12706  df-dvds 12884  df-gcd 13038  df-prm 13111  df-numer 13158  df-denom 13159  df-phi 13186  df-pc 13242  df-struct 13502  df-ndx 13503  df-slot 13504  df-base 13505  df-sets 13506  df-ress 13507  df-plusg 13573  df-mulr 13574  df-starv 13575  df-sca 13576  df-vsca 13577  df-tset 13579  df-ple 13580  df-ds 13582  df-unif 13583  df-hom 13584  df-cco 13585  df-rest 13681  df-topn 13682  df-topgen 13698  df-pt 13699  df-prds 13702  df-xrs 13757  df-0g 13758  df-gsum 13759  df-qtop 13764  df-imas 13765  df-divs 13766  df-xps 13767  df-mre 13842  df-mrc 13843  df-acs 13845  df-mnd 14721  df-mhm 14769  df-submnd 14770  df-grp 14843  df-minusg 14844  df-sbg 14845  df-mulg 14846  df-subg 14972  df-nsg 14973  df-eqg 14974  df-ghm 15035  df-gim 15077  df-ga 15098  df-cntz 15147  df-oppg 15173  df-od 15198  df-gex 15199  df-pgp 15200  df-lsm 15301  df-pj1 15302  df-cmn 15445  df-abl 15446  df-cyg 15519  df-dprd 15587  df-dpj 15588  df-mgp 15680  df-rng 15694  df-cring 15695  df-ur 15696  df-oppr 15759  df-dvdsr 15777  df-unit 15778  df-invr 15808  df-dvr 15819  df-rnghom 15850  df-drng 15868  df-subrg 15897  df-lmod 15983  df-lss 16040  df-lsp 16079  df-sra 16275  df-rgmod 16276  df-lidl 16277  df-rsp 16278  df-2idl 16334  df-psmet 16725  df-xmet 16726  df-met 16727  df-bl 16728  df-mopn 16729  df-fbas 16730  df-fg 16731  df-cnfld 16735  df-zrh 16813  df-zn 16816  df-top 16994  df-bases 16996  df-topon 16997  df-topsp 16998  df-cld 17114  df-ntr 17115  df-cls 17116  df-nei 17193  df-lp 17231  df-perf 17232  df-cn 17322  df-cnp 17323  df-haus 17410  df-cmp 17481  df-tx 17625  df-hmeo 17818  df-fil 17909  df-fm 18001  df-flim 18002  df-flf 18003  df-xms 18381  df-ms 18382  df-tms 18383  df-cncf 18939  df-0p 19591  df-limc 19784  df-dv 19785  df-ply 20138  df-idp 20139  df-coe 20140  df-dgr 20141  df-quot 20239  df-log 20485  df-cxp 20486  df-em 20862  df-cht 20910  df-vma 20911  df-chp 20912  df-ppi 20913  df-mu 20914  df-dchr 21048
  Copyright terms: Public domain W3C validator