Metamath Proof Explorer


Theorem bezout

Description: Bรฉzout's identity: For any integers A and B , there are integers x , y such that ( A gcd B ) = A x. x + B x. y . This is Metamath 100 proof #60. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Feb-2014)

Ref Expression
Assertion bezout ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqeq1 โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ก โ†’ ( ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
2 1 2rexbidv โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ก โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
3 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ข โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยท ๐‘ข ) )
4 3 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ข โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) )
5 4 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ข โ†’ ( ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
6 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฃ โ†’ ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐ต ยท ๐‘ฃ ) )
7 6 oveq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฃ โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฃ ) ) )
8 7 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฃ โ†’ ( ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฃ ) ) ) )
9 5 8 cbvrex2vw โŠข ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ข โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ โ„ค ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฃ ) ) )
10 2 9 bitrdi โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ก โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ข โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ โ„ค ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฃ ) ) ) )
11 10 cbvrabv โŠข { ๐‘ง โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) } = { ๐‘ก โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ข โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ โ„ค ๐‘ก = ( ( ๐ด ยท ๐‘ข ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฃ ) ) }
12 simpll โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
13 simplr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
14 eqid โŠข inf ( { ๐‘ง โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) } , โ„ , < ) = inf ( { ๐‘ง โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) } , โ„ , < )
15 simpr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) )
16 11 12 13 14 15 bezoutlem4 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) } )
17 eqeq1 โŠข ( ๐‘ง = ( ๐ด gcd ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
18 17 2rexbidv โŠข ( ๐‘ง = ( ๐ด gcd ๐ต ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
19 18 elrab โŠข ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) } โ†” ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„• โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
20 19 simprbi โŠข ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„• โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐‘ง = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) } โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) )
21 16 20 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) )
22 21 ex โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
23 0z โŠข 0 โˆˆ โ„ค
24 00id โŠข ( 0 + 0 ) = 0
25 0cn โŠข 0 โˆˆ โ„‚
26 25 mul01i โŠข ( 0 ยท 0 ) = 0
27 26 26 oveq12i โŠข ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท 0 ) ) = ( 0 + 0 )
28 gcd0val โŠข ( 0 gcd 0 ) = 0
29 24 27 28 3eqtr4ri โŠข ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท 0 ) )
30 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( 0 ยท ๐‘ฅ ) = ( 0 ยท 0 ) )
31 30 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) )
32 31 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
33 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = 0 โ†’ ( 0 ยท ๐‘ฆ ) = ( 0 ยท 0 ) )
34 33 oveq2d โŠข ( ๐‘ฆ = 0 โ†’ ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท 0 ) ) )
35 34 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฆ = 0 โ†’ ( ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท 0 ) ) ) )
36 32 35 rspc2ev โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„ค โˆง 0 โˆˆ โ„ค โˆง ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท 0 ) + ( 0 ยท 0 ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) )
37 23 23 29 36 mp3an โŠข โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) )
38 oveq12 โŠข ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( 0 gcd 0 ) )
39 oveq1 โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) = ( 0 ยท ๐‘ฅ ) )
40 oveq1 โŠข ( ๐ต = 0 โ†’ ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) = ( 0 ยท ๐‘ฆ ) )
41 39 40 oveqan12d โŠข ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) )
42 38 41 eqeq12d โŠข ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
43 42 2rexbidv โŠข ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( 0 gcd 0 ) = ( ( 0 ยท ๐‘ฅ ) + ( 0 ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
44 37 43 mpbiri โŠข ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) )
45 22 44 pm2.61d2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐ต ยท ๐‘ฆ ) ) )