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Theorem dvdsflf1o 20977
Description: A bijection from the numbers less than  N  /  A to the multiples of  A less than  N. Useful for some sum manipulations. (Contributed by Mario Carneiro, 3-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
dvdsflf1o.1  |-  ( ph  ->  A  e.  RR )
dvdsflf1o.2  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
dvdsflf1o.f  |-  F  =  ( n  e.  ( 1 ... ( |_
`  ( A  /  N ) ) ) 
|->  ( N  x.  n
) )
Assertion
Ref Expression
dvdsflf1o  |-  ( ph  ->  F : ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N
) ) ) -1-1-onto-> { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x } )
Distinct variable groups:    x, n, A    n, N, x    ph, n
Allowed substitution hints:    ph( x)    F( x, n)

Proof of Theorem dvdsflf1o
Dummy variable  m is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dvdsflf1o.f . 2  |-  F  =  ( n  e.  ( 1 ... ( |_
`  ( A  /  N ) ) ) 
|->  ( N  x.  n
) )
2 dvdsflf1o.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
3 elfznn 11085 . . . . 5  |-  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  ->  n  e.  NN )
4 nnmulcl 10028 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  n  e.  NN )  ->  ( N  x.  n
)  e.  NN )
52, 3, 4syl2an 465 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( N  x.  n )  e.  NN )
6 dvdsflf1o.1 . . . . . . . . 9  |-  ( ph  ->  A  e.  RR )
76, 2nndivred 10053 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  ( A  /  N
)  e.  RR )
8 fznnfl 11248 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  /  N )  e.  RR  ->  (
n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N
) ) )  <->  ( n  e.  NN  /\  n  <_ 
( A  /  N
) ) ) )
97, 8syl 16 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( n  e.  ( 1 ... ( |_
`  ( A  /  N ) ) )  <-> 
( n  e.  NN  /\  n  <_  ( A  /  N ) ) ) )
109simplbda 609 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  n  <_  ( A  /  N ) )
113adantl 454 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  n  e.  NN )
1211nnred 10020 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  n  e.  RR )
136adantr 453 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  A  e.  RR )
142nnred 10020 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  N  e.  RR )
1514adantr 453 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  N  e.  RR )
162nngt0d 10048 . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  0  <  N )
1716adantr 453 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  0  <  N )
18 lemuldiv2 9895 . . . . . . 7  |-  ( ( n  e.  RR  /\  A  e.  RR  /\  ( N  e.  RR  /\  0  <  N ) )  -> 
( ( N  x.  n )  <_  A  <->  n  <_  ( A  /  N ) ) )
1912, 13, 15, 17, 18syl112anc 1189 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( ( N  x.  n )  <_  A  <->  n  <_  ( A  /  N ) ) )
2010, 19mpbird 225 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( N  x.  n )  <_  A
)
212nnzd 10379 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  N  e.  ZZ )
22 elfzelz 11064 . . . . . . 7  |-  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  ->  n  e.  ZZ )
23 zmulcl 10329 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  ZZ  /\  n  e.  ZZ )  ->  ( N  x.  n
)  e.  ZZ )
2421, 22, 23syl2an 465 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( N  x.  n )  e.  ZZ )
25 flge 11219 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  RR  /\  ( N  x.  n
)  e.  ZZ )  ->  ( ( N  x.  n )  <_  A 
<->  ( N  x.  n
)  <_  ( |_ `  A ) ) )
2613, 24, 25syl2anc 644 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( ( N  x.  n )  <_  A  <->  ( N  x.  n )  <_  ( |_ `  A ) ) )
2720, 26mpbid 203 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( N  x.  n )  <_  ( |_ `  A ) )
286flcld 11212 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( |_ `  A
)  e.  ZZ )
2928adantr 453 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( |_ `  A )  e.  ZZ )
30 fznn 11120 . . . . 5  |-  ( ( |_ `  A )  e.  ZZ  ->  (
( N  x.  n
)  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  <->  ( ( N  x.  n )  e.  NN  /\  ( N  x.  n )  <_ 
( |_ `  A
) ) ) )
3129, 30syl 16 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( ( N  x.  n )  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  <-> 
( ( N  x.  n )  e.  NN  /\  ( N  x.  n
)  <_  ( |_ `  A ) ) ) )
325, 27, 31mpbir2and 890 . . 3  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( N  x.  n )  e.  ( 1 ... ( |_
`  A ) ) )
33 dvdsmul1 12876 . . . 4  |-  ( ( N  e.  ZZ  /\  n  e.  ZZ )  ->  N  ||  ( N  x.  n ) )
3421, 22, 33syl2an 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  N  ||  ( N  x.  n )
)
35 breq2 4219 . . . 4  |-  ( x  =  ( N  x.  n )  ->  ( N  ||  x  <->  N  ||  ( N  x.  n )
) )
3635elrab 3094 . . 3  |-  ( ( N  x.  n )  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x } 
<->  ( ( N  x.  n )  e.  ( 1 ... ( |_
`  A ) )  /\  N  ||  ( N  x.  n )
) )
3732, 34, 36sylanbrc 647 . 2  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  ( N  x.  n )  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)
38 breq2 4219 . . . . . . 7  |-  ( x  =  m  ->  ( N  ||  x  <->  N  ||  m
) )
3938elrab 3094 . . . . . 6  |-  ( m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x } 
<->  ( m  e.  ( 1 ... ( |_
`  A ) )  /\  N  ||  m
) )
4039simprbi 452 . . . . 5  |-  ( m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }  ->  N  ||  m
)
4140adantl 454 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  N  ||  m
)
42 elrabi 3092 . . . . . . 7  |-  ( m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }  ->  m  e.  ( 1 ... ( |_
`  A ) ) )
4342adantl 454 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  m  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) ) )
44 elfznn 11085 . . . . . 6  |-  ( m  e.  ( 1 ... ( |_ `  A
) )  ->  m  e.  NN )
4543, 44syl 16 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  m  e.  NN )
462adantr 453 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  N  e.  NN )
47 nndivdvds 12863 . . . . 5  |-  ( ( m  e.  NN  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  ||  m  <->  ( m  /  N )  e.  NN ) )
4845, 46, 47syl2anc 644 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( N  ||  m  <->  ( m  /  N )  e.  NN ) )
4941, 48mpbid 203 . . 3  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( m  /  N )  e.  NN )
50 fznnfl 11248 . . . . . . 7  |-  ( A  e.  RR  ->  (
m  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  <->  ( m  e.  NN  /\  m  <_  A ) ) )
516, 50syl 16 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( m  e.  ( 1 ... ( |_
`  A ) )  <-> 
( m  e.  NN  /\  m  <_  A )
) )
5251simplbda 609 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) ) )  ->  m  <_  A )
5342, 52sylan2 462 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  m  <_  A )
5445nnred 10020 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  m  e.  RR )
556adantr 453 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  A  e.  RR )
5614adantr 453 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  N  e.  RR )
5716adantr 453 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  0  <  N )
58 lediv1 9880 . . . . 5  |-  ( ( m  e.  RR  /\  A  e.  RR  /\  ( N  e.  RR  /\  0  <  N ) )  -> 
( m  <_  A  <->  ( m  /  N )  <_  ( A  /  N ) ) )
5954, 55, 56, 57, 58syl112anc 1189 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( m  <_  A  <->  ( m  /  N )  <_  ( A  /  N ) ) )
6053, 59mpbid 203 . . 3  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( m  /  N )  <_  ( A  /  N ) )
617adantr 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( A  /  N )  e.  RR )
62 fznnfl 11248 . . . 4  |-  ( ( A  /  N )  e.  RR  ->  (
( m  /  N
)  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N
) ) )  <->  ( (
m  /  N )  e.  NN  /\  (
m  /  N )  <_  ( A  /  N ) ) ) )
6361, 62syl 16 . . 3  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( (
m  /  N )  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  <->  ( ( m  /  N )  e.  NN  /\  ( m  /  N )  <_ 
( A  /  N
) ) ) )
6449, 60, 63mpbir2and 890 . 2  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  ( m  /  N )  e.  ( 1 ... ( |_
`  ( A  /  N ) ) ) )
6545nncnd 10021 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
)  ->  m  e.  CC )
6665adantrl 698 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  /\  m  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
) )  ->  m  e.  CC )
672nncnd 10021 . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  e.  CC )
6867adantr 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  /\  m  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
) )  ->  N  e.  CC )
6911nncnd 10021 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) ) )  ->  n  e.  CC )
7069adantrr 699 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  /\  m  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
) )  ->  n  e.  CC )
712nnne0d 10049 . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  =/=  0 )
7271adantr 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  /\  m  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
) )  ->  N  =/=  0 )
7366, 68, 70, 72divmuld 9817 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  /\  m  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
) )  ->  (
( m  /  N
)  =  n  <->  ( N  x.  n )  =  m ) )
74 eqcom 2440 . . 3  |-  ( n  =  ( m  /  N )  <->  ( m  /  N )  =  n )
75 eqcom 2440 . . 3  |-  ( m  =  ( N  x.  n )  <->  ( N  x.  n )  =  m )
7673, 74, 753bitr4g 281 . 2  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N ) ) )  /\  m  e.  {
x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x }
) )  ->  (
n  =  ( m  /  N )  <->  m  =  ( N  x.  n
) ) )
771, 37, 64, 76f1o2d 6299 1  |-  ( ph  ->  F : ( 1 ... ( |_ `  ( A  /  N
) ) ) -1-1-onto-> { x  e.  ( 1 ... ( |_ `  A ) )  |  N  ||  x } )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 178    /\ wa 360    = wceq 1653    e. wcel 1726    =/= wne 2601   {crab 2711   class class class wbr 4215    e. cmpt 4269   -1-1-onto->wf1o 5456   ` cfv 5457  (class class class)co 6084   CCcc 8993   RRcr 8994   0cc0 8995   1c1 8996    x. cmul 9000    < clt 9125    <_ cle 9126    / cdiv 9682   NNcn 10005   ZZcz 10287   ...cfz 11048   |_cfl 11206    || cdivides 12857
This theorem is referenced by:  dvdsflsumcom  20978  logfac2  21006
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 1667  ax-8 1688  ax-13 1728  ax-14 1730  ax-6 1745  ax-7 1750  ax-11 1762  ax-12 1951  ax-ext 2419  ax-sep 4333  ax-nul 4341  ax-pow 4380  ax-pr 4406  ax-un 4704  ax-cnex 9051  ax-resscn 9052  ax-1cn 9053  ax-icn 9054  ax-addcl 9055  ax-addrcl 9056  ax-mulcl 9057  ax-mulrcl 9058  ax-mulcom 9059  ax-addass 9060  ax-mulass 9061  ax-distr 9062  ax-i2m1 9063  ax-1ne0 9064  ax-1rid 9065  ax-rnegex 9066  ax-rrecex 9067  ax-cnre 9068  ax-pre-lttri 9069  ax-pre-lttrn 9070  ax-pre-ltadd 9071  ax-pre-mulgt0 9072  ax-pre-sup 9073
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 938  df-3an 939  df-tru 1329  df-ex 1552  df-nf 1555  df-sb 1660  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2425  df-cleq 2431  df-clel 2434  df-nfc 2563  df-ne 2603  df-nel 2604  df-ral 2712  df-rex 2713  df-reu 2714  df-rmo 2715  df-rab 2716  df-v 2960  df-sbc 3164  df-csb 3254  df-dif 3325  df-un 3327  df-in 3329  df-ss 3336  df-pss 3338  df-nul 3631  df-if 3742  df-pw 3803  df-sn 3822  df-pr 3823  df-tp 3824  df-op 3825  df-uni 4018  df-iun 4097  df-br 4216  df-opab 4270  df-mpt 4271  df-tr 4306  df-eprel 4497  df-id 4501  df-po 4506  df-so 4507  df-fr 4544  df-we 4546  df-ord 4587  df-on 4588  df-lim 4589  df-suc 4590  df-om 4849  df-xp 4887  df-rel 4888  df-cnv 4889  df-co 4890  df-dm 4891  df-rn 4892  df-res 4893  df-ima 4894  df-iota 5421  df-fun 5459  df-fn 5460  df-f 5461  df-f1 5462  df-fo 5463  df-f1o 5464  df-fv 5465  df-ov 6087  df-oprab 6088  df-mpt2 6089  df-1st 6352  df-2nd 6353  df-riota 6552  df-recs 6636  df-rdg 6671  df-er 6908  df-en 7113  df-dom 7114  df-sdom 7115  df-sup 7449  df-pnf 9127  df-mnf 9128  df-xr 9129  df-ltxr 9130  df-le 9131  df-sub 9298  df-neg 9299  df-div 9683  df-nn 10006  df-n0 10227  df-z 10288  df-uz 10494  df-fz 11049  df-fl 11207  df-dvds 12858
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