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Theorem dvdsmulf1o

Description: If M and N are two coprime integers, multiplication forms a bijection from the set of pairs <. j , k >. where j || M and k || N , to the set of divisors of M x. N . (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jul-2015)

Ref Expression
Hypotheses dvdsmulf1o.1 φM
dvdsmulf1o.2 φN
dvdsmulf1o.3 φMgcdN=1
dvdsmulf1o.x X=x|xM
dvdsmulf1o.y Y=x|xN
dvdsmulf1o.z Z=x|x M N
Assertion dvdsmulf1o φ×X×Y:X×Y1-1 ontoZ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvdsmulf1o.1 φM
2 dvdsmulf1o.2 φN
3 dvdsmulf1o.3 φMgcdN=1
4 dvdsmulf1o.x X=x|xM
5 dvdsmulf1o.y Y=x|xN
6 dvdsmulf1o.z Z=x|x M N
7 ax-mulf ×:×
8 ffn ×:××Fn×
9 7 8 ax-mp ×Fn×
10 4 ssrab3 X
11 nnsscn
12 10 11 sstri X
13 5 ssrab3 Y
14 13 11 sstri Y
15 xpss12 XYX×Y×
16 12 14 15 mp2an X×Y×
17 fnssres ×Fn×X×Y××X×YFnX×Y
18 9 16 17 mp2an ×X×YFnX×Y
19 18 a1i φ×X×YFnX×Y
20 ovres iXjYi×X×Yj=ij
21 20 adantl φiXjYi×X×Yj=ij
22 breq1 x=ixMiM
23 22 4 elrab2 iXiiM
24 23 simplbi iXi
25 24 ad2antrl φiXjYi
26 breq1 x=jxNjN
27 26 5 elrab2 jYjjN
28 27 simplbi jYj
29 28 ad2antll φiXjYj
30 25 29 nnmulcld φiXjYij
31 27 simprbi jYjN
32 31 ad2antll φiXjYjN
33 23 simprbi iXiM
34 33 ad2antrl φiXjYiM
35 29 nnzd φiXjYj
36 2 adantr φiXjYN
37 36 nnzd φiXjYN
38 25 nnzd φiXjYi
39 dvdscmul jNijNiji N
40 35 37 38 39 syl3anc φiXjYjNiji N
41 1 adantr φiXjYM
42 41 nnzd φiXjYM
43 dvdsmulc iMNiMi N M N
44 38 42 37 43 syl3anc φiXjYiMi N M N
45 30 nnzd φiXjYij
46 38 37 zmulcld φiXjYi N
47 42 37 zmulcld φiXjY M N
48 dvdstr iji N M Niji Ni N M Nij M N
49 45 46 47 48 syl3anc φiXjYiji Ni N M Nij M N
50 40 44 49 syl2and φiXjYjNiMij M N
51 32 34 50 mp2and φiXjYij M N
52 breq1 x=ijx M Nij M N
53 52 6 elrab2 ijZijij M N
54 30 51 53 sylanbrc φiXjYijZ
55 21 54 eqeltrd φiXjYi×X×YjZ
56 55 ralrimivva φiXjYi×X×YjZ
57 ffnov ×X×Y:X×YZ×X×YFnX×YiXjYi×X×YjZ
58 19 56 57 sylanbrc φ×X×Y:X×YZ
59 25 adantr φiXjYmXnYij=mni
60 59 nnnn0d φiXjYmXnYij=mni0
61 simprll φiXjYmXnYij=mnmX
62 breq1 x=mxMmM
63 62 4 elrab2 mXmmM
64 63 simplbi mXm
65 61 64 syl φiXjYmXnYij=mnm
66 65 nnnn0d φiXjYmXnYij=mnm0
67 59 nnzd φiXjYmXnYij=mni
68 29 adantr φiXjYmXnYij=mnj
69 68 nnzd φiXjYmXnYij=mnj
70 dvdsmul1 ijiij
71 67 69 70 syl2anc φiXjYmXnYij=mniij
72 simprr φiXjYmXnYij=mnij=mn
73 12 61 sselid φiXjYmXnYij=mnm
74 simprlr φiXjYmXnYij=mnnY
75 breq1 x=nxNnN
76 75 5 elrab2 nYnnN
77 76 simplbi nYn
78 74 77 syl φiXjYmXnYij=mnn
79 78 nncnd φiXjYmXnYij=mnn
80 73 79 mulcomd φiXjYmXnYij=mnmn=nm
81 72 80 eqtrd φiXjYmXnYij=mnij=nm
82 71 81 breqtrd φiXjYmXnYij=mninm
83 78 nnzd φiXjYmXnYij=mnn
84 37 adantr φiXjYmXnYij=mnN
85 67 84 gcdcomd φiXjYmXnYij=mnigcdN=Ngcdi
86 42 adantr φiXjYmXnYij=mnM
87 2 nnzd φN
88 1 nnzd φM
89 87 88 gcdcomd φNgcdM=MgcdN
90 89 3 eqtrd φNgcdM=1
91 90 ad2antrr φiXjYmXnYij=mnNgcdM=1
92 34 adantr φiXjYmXnYij=mniM
93 rpdvds NiMNgcdM=1iMNgcdi=1
94 84 67 86 91 92 93 syl32anc φiXjYmXnYij=mnNgcdi=1
95 85 94 eqtrd φiXjYmXnYij=mnigcdN=1
96 76 simprbi nYnN
97 74 96 syl φiXjYmXnYij=mnnN
98 rpdvds inNigcdN=1nNigcdn=1
99 67 83 84 95 97 98 syl32anc φiXjYmXnYij=mnigcdn=1
100 65 nnzd φiXjYmXnYij=mnm
101 coprmdvds inminmigcdn=1im
102 67 83 100 101 syl3anc φiXjYmXnYij=mninmigcdn=1im
103 82 99 102 mp2and φiXjYmXnYij=mnim
104 dvdsmul1 mnmmn
105 100 83 104 syl2anc φiXjYmXnYij=mnmmn
106 59 nncnd φiXjYmXnYij=mni
107 68 nncnd φiXjYmXnYij=mnj
108 106 107 mulcomd φiXjYmXnYij=mnij=ji
109 72 108 eqtr3d φiXjYmXnYij=mnmn=ji
110 105 109 breqtrd φiXjYmXnYij=mnmji
111 100 84 gcdcomd φiXjYmXnYij=mnmgcdN=Ngcdm
112 63 simprbi mXmM
113 61 112 syl φiXjYmXnYij=mnmM
114 rpdvds NmMNgcdM=1mMNgcdm=1
115 84 100 86 91 113 114 syl32anc φiXjYmXnYij=mnNgcdm=1
116 111 115 eqtrd φiXjYmXnYij=mnmgcdN=1
117 32 adantr φiXjYmXnYij=mnjN
118 rpdvds mjNmgcdN=1jNmgcdj=1
119 100 69 84 116 117 118 syl32anc φiXjYmXnYij=mnmgcdj=1
120 coprmdvds mjimjimgcdj=1mi
121 100 69 67 120 syl3anc φiXjYmXnYij=mnmjimgcdj=1mi
122 110 119 121 mp2and φiXjYmXnYij=mnmi
123 dvdseq i0m0immii=m
124 60 66 103 122 123 syl22anc φiXjYmXnYij=mni=m
125 59 nnne0d φiXjYmXnYij=mni0
126 124 oveq1d φiXjYmXnYij=mnin=mn
127 72 126 eqtr4d φiXjYmXnYij=mnij=in
128 107 79 106 125 127 mulcanad φiXjYmXnYij=mnj=n
129 124 128 opeq12d φiXjYmXnYij=mnij=mn
130 129 expr φiXjYmXnYij=mnij=mn
131 130 ralrimivva φiXjYmXnYij=mnij=mn
132 131 ralrimivva φiXjYmXnYij=mnij=mn
133 fvres uX×Y×X×Yu=×u
134 fvres vX×Y×X×Yv=×v
135 133 134 eqeqan12d uX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yv×u=×v
136 135 imbi1d uX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yvu=v×u=×vu=v
137 136 ralbidva uX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yvu=vvX×Y×u=×vu=v
138 137 ralbiia uX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yvu=vuX×YvX×Y×u=×vu=v
139 fveq2 v=mn×v=×mn
140 df-ov mn=×mn
141 139 140 eqtr4di v=mn×v=mn
142 141 eqeq2d v=mn×u=×v×u=mn
143 eqeq2 v=mnu=vu=mn
144 142 143 imbi12d v=mn×u=×vu=v×u=mnu=mn
145 144 ralxp vX×Y×u=×vu=vmXnY×u=mnu=mn
146 fveq2 u=ij×u=×ij
147 df-ov ij=×ij
148 146 147 eqtr4di u=ij×u=ij
149 148 eqeq1d u=ij×u=mnij=mn
150 eqeq1 u=iju=mnij=mn
151 149 150 imbi12d u=ij×u=mnu=mnij=mnij=mn
152 151 2ralbidv u=ijmXnY×u=mnu=mnmXnYij=mnij=mn
153 145 152 bitrid u=ijvX×Y×u=×vu=vmXnYij=mnij=mn
154 153 ralxp uX×YvX×Y×u=×vu=viXjYmXnYij=mnij=mn
155 138 154 bitri uX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yvu=viXjYmXnYij=mnij=mn
156 132 155 sylibr φuX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yvu=v
157 dff13 ×X×Y:X×Y1-1Z×X×Y:X×YZuX×YvX×Y×X×Yu=×X×Yvu=v
158 58 156 157 sylanbrc φ×X×Y:X×Y1-1Z
159 breq1 x=wx M Nw M N
160 159 6 elrab2 wZww M N
161 160 simplbi wZw
162 161 adantl φwZw
163 162 nnzd φwZw
164 1 adantr φwZM
165 164 nnzd φwZM
166 164 nnne0d φwZM0
167 simpr w=0M=0M=0
168 167 necon3ai M0¬w=0M=0
169 166 168 syl φwZ¬w=0M=0
170 gcdn0cl wM¬w=0M=0wgcdM
171 163 165 169 170 syl21anc φwZwgcdM
172 gcddvds wMwgcdMwwgcdMM
173 163 165 172 syl2anc φwZwgcdMwwgcdMM
174 173 simprd φwZwgcdMM
175 breq1 x=wgcdMxMwgcdMM
176 175 4 elrab2 wgcdMXwgcdMwgcdMM
177 171 174 176 sylanbrc φwZwgcdMX
178 2 adantr φwZN
179 178 nnzd φwZN
180 178 nnne0d φwZN0
181 simpr w=0N=0N=0
182 181 necon3ai N0¬w=0N=0
183 180 182 syl φwZ¬w=0N=0
184 gcdn0cl wN¬w=0N=0wgcdN
185 163 179 183 184 syl21anc φwZwgcdN
186 gcddvds wNwgcdNwwgcdNN
187 163 179 186 syl2anc φwZwgcdNwwgcdNN
188 187 simprd φwZwgcdNN
189 breq1 x=wgcdNxNwgcdNN
190 189 5 elrab2 wgcdNYwgcdNwgcdNN
191 185 188 190 sylanbrc φwZwgcdNY
192 177 191 opelxpd φwZwgcdMwgcdNX×Y
193 192 fvresd φwZ×X×YwgcdMwgcdN=×wgcdMwgcdN
194 3 adantr φwZMgcdN=1
195 rpmulgcd2 wMNMgcdN=1wgcd M N=wgcdMwgcdN
196 163 165 179 194 195 syl31anc φwZwgcd M N=wgcdMwgcdN
197 df-ov wgcdMwgcdN=×wgcdMwgcdN
198 196 197 eqtrdi φwZwgcd M N=×wgcdMwgcdN
199 160 simprbi wZw M N
200 199 adantl φwZw M N
201 1 2 nnmulcld φ M N
202 gcdeq w M Nwgcd M N=ww M N
203 161 201 202 syl2anr φwZwgcd M N=ww M N
204 200 203 mpbird φwZwgcd M N=w
205 193 198 204 3eqtr2rd φwZw=×X×YwgcdMwgcdN
206 fveq2 u=wgcdMwgcdN×X×Yu=×X×YwgcdMwgcdN
207 206 rspceeqv wgcdMwgcdNX×Yw=×X×YwgcdMwgcdNuX×Yw=×X×Yu
208 192 205 207 syl2anc φwZuX×Yw=×X×Yu
209 208 ralrimiva φwZuX×Yw=×X×Yu
210 dffo3 ×X×Y:X×YontoZ×X×Y:X×YZwZuX×Yw=×X×Yu
211 58 209 210 sylanbrc φ×X×Y:X×YontoZ
212 df-f1o ×X×Y:X×Y1-1 ontoZ×X×Y:X×Y1-1Z×X×Y:X×YontoZ
213 158 211 212 sylanbrc φ×X×Y:X×Y1-1 ontoZ