Metamath Proof Explorer


Theorem hashscontpow

Description: If a set contains all N -th powers, then the size of the image under the ZR homomorphism is greater than the R -th order of N . (Contributed by metakunt, 28-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses hashscontpow.1 ⊢ φ → E ⊆ ℤ
hashscontpow.2 ⊢ φ → N ∈ ℕ
hashscontpow.3 ⊢ φ → ∀ k ∈ ℕ 0 N k ∈ E
hashscontpow.4 ⊢ φ → R ∈ ℕ
hashscontpow.5 ⊢ φ → N gcd R = 1
hashscontpow.6 ⊢ L = ℤRHom ⁡ Y
hashscontpow.7 ⊢ Y = ℤ/Rℤ
Assertion hashscontpow ⊢ φ → odℤ ⁡ R ⁡ N ≤ L E

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hashscontpow.1 ⊢ φ → E ⊆ ℤ
2 hashscontpow.2 ⊢ φ → N ∈ ℕ
3 hashscontpow.3 ⊢ φ → ∀ k ∈ ℕ 0 N k ∈ E
4 hashscontpow.4 ⊢ φ → R ∈ ℕ
5 hashscontpow.5 ⊢ φ → N gcd R = 1
6 hashscontpow.6 ⊢ L = ℤRHom ⁡ Y
7 hashscontpow.7 ⊢ Y = ℤ/Rℤ
8 2 nnzd ⊢ φ → N ∈ ℤ
9 odzcl ⊢ R ∈ ℕ ∧ N ∈ ℤ ∧ N gcd R = 1 → odℤ ⁡ R ⁡ N ∈ ℕ
10 4 8 5 9 syl3anc ⊢ φ → odℤ ⁡ R ⁡ N ∈ ℕ
11 10 nnnn0d ⊢ φ → odℤ ⁡ R ⁡ N ∈ ℕ 0
12 hashfz1 ⊢ odℤ ⁡ R ⁡ N ∈ ℕ 0 → 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N = odℤ ⁡ R ⁡ N
13 11 12 syl ⊢ φ → 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N = odℤ ⁡ R ⁡ N
14 ovexd ⊢ φ → 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∈ V
15 14 mptexd ⊢ φ → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ∈ V
16 6 fvexi ⊢ L ∈ V
17 16 a1i ⊢ φ → L ∈ V
18 imaexg ⊢ L ∈ V → L E ∈ V
19 17 18 syl ⊢ φ → L E ∈ V
20 4 nnnn0d ⊢ φ → R ∈ ℕ 0
21 7 zncrng ⊢ R ∈ ℕ 0 → Y ∈ CRing
22 20 21 syl ⊢ φ → Y ∈ CRing
23 crngring ⊢ Y ∈ CRing → Y ∈ Ring
24 6 zrhrhm ⊢ Y ∈ Ring → L ∈ ℤ ring RingHom Y
25 zringbas ⊢ ℤ = Base ℤ ring
26 eqid ⊢ Base Y = Base Y
27 25 26 rhmf ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y → L : ℤ ⟶ Base Y
28 22 23 24 27 4syl ⊢ φ → L : ℤ ⟶ Base Y
29 28 ffnd ⊢ φ → L Fn ℤ
30 29 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → L Fn ℤ
31 8 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → N ∈ ℤ
32 elfznn ⊢ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → x ∈ ℕ
33 32 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → x ∈ ℕ
34 33 nnnn0d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → x ∈ ℕ 0
35 31 34 zexpcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → N x ∈ ℤ
36 oveq2 ⊢ k = x → N k = N x
37 36 eleq1d ⊢ k = x → N k ∈ E ↔ N x ∈ E
38 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ∀ k ∈ ℕ 0 N k ∈ E
39 37 38 34 rspcdva ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → N x ∈ E
40 30 35 39 fnfvimad ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → L ⁡ N x ∈ L E
41 40 fmpttd ⊢ φ → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x : 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟶ L E
42 2 ad3antrrr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → N ∈ ℕ
43 simpllr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N
44 simplr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N
45 4 ad3antrrr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → R ∈ ℕ
46 5 ad3antrrr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → N gcd R = 1
47 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → a < b
48 42 43 44 45 46 6 7 47 hashscontpow1 ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
49 2 ad3antrrr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → N ∈ ℕ
50 simplr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N
51 simpllr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N
52 4 ad3antrrr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → R ∈ ℕ
53 5 ad3antrrr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → N gcd R = 1
54 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → b < a
55 49 50 51 52 53 6 7 54 hashscontpow1 ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → L ⁡ N b ≠ L ⁡ N a
56 55 necomd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b < a → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
57 48 56 jaodan ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ a < b ∨ b < a → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
58 57 ex ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a < b ∨ b < a → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
59 biidd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a = b ↔ a = b
60 59 necon3bbid ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ¬ a = b ↔ a ≠ b
61 elfzelz ⊢ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a ∈ ℤ
62 61 adantl ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a ∈ ℤ
63 62 adantr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a ∈ ℤ
64 63 zred ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a ∈ ℝ
65 elfzelz ⊢ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → b ∈ ℤ
66 65 zred ⊢ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → b ∈ ℝ
67 66 adantl ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → b ∈ ℝ
68 lttri2 ⊢ a ∈ ℝ ∧ b ∈ ℝ → a ≠ b ↔ a < b ∨ b < a
69 64 67 68 syl2anc ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → a ≠ b ↔ a < b ∨ b < a
70 60 69 bitrd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ¬ a = b ↔ a < b ∨ b < a
71 70 imbi1d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ¬ a = b → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b ↔ a < b ∨ b < a → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
72 58 71 mpbird ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ¬ a = b → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
73 72 imp ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
74 eqidd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x
75 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b ∧ x = a → x = a
76 75 oveq2d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b ∧ x = a → N x = N a
77 76 fveq2d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b ∧ x = a → L ⁡ N x = L ⁡ N a
78 simpllr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N
79 fvexd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → L ⁡ N a ∈ V
80 74 77 78 79 fvmptd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = L ⁡ N a
81 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b ∧ x = b → x = b
82 81 oveq2d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b ∧ x = b → N x = N b
83 82 fveq2d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b ∧ x = b → L ⁡ N x = L ⁡ N b
84 simplr ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N
85 fvexd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → L ⁡ N b ∈ V
86 74 83 84 85 fvmptd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b = L ⁡ N b
87 80 86 neeq12d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a ≠ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b ↔ L ⁡ N a ≠ L ⁡ N b
88 73 87 mpbird ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a ≠ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b
89 88 neneqd ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ ¬ a = b → ¬ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b
90 89 ex ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ¬ a = b → ¬ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b
91 90 con4d ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∧ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b → a = b
92 91 ralrimiva ⊢ φ ∧ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N → ∀ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b → a = b
93 92 ralrimiva ⊢ φ → ∀ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∀ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b → a = b
94 41 93 jca ⊢ φ → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x : 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟶ L E ∧ ∀ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∀ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b → a = b
95 dff13 ⊢ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x : 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟶ 1-1 L E ↔ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x : 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟶ L E ∧ ∀ a ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ∀ b ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ a = x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ⁡ b → a = b
96 94 95 sylibr ⊢ φ → x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x : 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟶ 1-1 L E
97 hashf1dmcdm ⊢ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x ∈ V ∧ L E ∈ V ∧ x ∈ 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟼ L ⁡ N x : 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ⟶ 1-1 L E → 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ≤ L E
98 15 19 96 97 syl3anc ⊢ φ → 1 … odℤ ⁡ R ⁡ N ≤ L E
99 13 98 eqbrtrrd ⊢ φ → odℤ ⁡ R ⁡ N ≤ L E