Metamath Proof Explorer


Theorem bezoutr1

Description: Converse of bezout for when the greater common divisor is one (sufficient condition for relative primality). (Contributed by Stefan O'Rear, 23-Sep-2014)

Ref Expression
Assertion bezoutr1 ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bezoutr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆฅ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) )
2 1 adantr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆฅ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) )
3 simpr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 )
4 2 3 breqtrd โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆฅ 1 )
5 gcdcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„•0 )
6 5 nn0zd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„ค )
7 6 ad2antrr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„ค )
8 1nn โŠข 1 โˆˆ โ„•
9 8 a1i โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ 1 โˆˆ โ„• )
10 dvdsle โŠข ( ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„ค โˆง 1 โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆฅ 1 โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โ‰ค 1 ) )
11 7 9 10 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆฅ 1 โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โ‰ค 1 ) )
12 4 11 mpd โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โ‰ค 1 )
13 simpll โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) )
14 oveq1 โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) = ( 0 ยท ๐‘‹ ) )
15 oveq1 โŠข ( ๐ต = 0 โ†’ ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) = ( 0 ยท ๐‘Œ ) )
16 14 15 oveqan12d โŠข ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = ( ( 0 ยท ๐‘‹ ) + ( 0 ยท ๐‘Œ ) ) )
17 zcn โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
18 17 mul02d โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โ†’ ( 0 ยท ๐‘‹ ) = 0 )
19 zcn โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘Œ โˆˆ โ„‚ )
20 19 mul02d โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ โ„ค โ†’ ( 0 ยท ๐‘Œ ) = 0 )
21 18 20 oveqan12d โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( 0 ยท ๐‘‹ ) + ( 0 ยท ๐‘Œ ) ) = ( 0 + 0 ) )
22 16 21 sylan9eqr โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = ( 0 + 0 ) )
23 00id โŠข ( 0 + 0 ) = 0
24 22 23 eqtrdi โŠข ( ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 0 )
25 24 adantll โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 0 )
26 0ne1 โŠข 0 โ‰  1
27 26 a1i โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ 0 โ‰  1 )
28 25 27 eqnetrd โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) โ‰  1 )
29 28 ex โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) โ‰  1 ) )
30 29 necon2bd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 โ†’ ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) ) )
31 30 imp โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ยฌ ( ๐ด = 0 โˆง ๐ต = 0 ) )
32 gcdn0cl 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 โ„• )
33 13 31 32 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„• )
34 nnle1eq1 โŠข ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โ‰ค 1 โ†” ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) )
35 33 34 syl โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) โ‰ค 1 โ†” ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) )
36 12 35 mpbid โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โˆง ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 )
37 36 ex โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘Œ โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) + ( ๐ต ยท ๐‘Œ ) ) = 1 โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) )