Metamath Proof Explorer


Theorem gcddiv

Description: Division law for GCD. (Contributed by Scott Fenton, 18-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2014)

Ref Expression
Assertion gcddiv ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โˆง ๐ถ โˆฅ ๐ต ) ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nnz โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ค )
2 1 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ค )
3 simp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
4 divides โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด ) )
5 2 3 4 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด ) )
6 simp2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
7 divides โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ถ โˆฅ ๐ต โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) )
8 2 6 7 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ถ โˆฅ ๐ต โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) )
9 5 8 anbi12d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โˆง ๐ถ โˆฅ ๐ต ) โ†” ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) ) )
10 reeanv โŠข ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†” ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) )
11 9 10 bitr4di โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โˆง ๐ถ โˆฅ ๐ต ) โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) ) )
12 gcdcl โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) โˆˆ โ„•0 )
13 12 nn0cnd โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
14 13 3adant3 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
15 nncn โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
16 15 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
17 nnne0 โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โ‰  0 )
18 17 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ถ โ‰  0 )
19 14 16 18 divcan4d โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) = ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) )
20 nnnn0 โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„•0 )
21 mulgcdr โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) = ( ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) ยท ๐ถ ) )
22 20 21 syl3an3 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) = ( ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) ยท ๐ถ ) )
23 22 oveq1d โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) / ๐ถ ) = ( ( ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) )
24 zcn โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘Ž โˆˆ โ„‚ )
25 24 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ โ„‚ )
26 25 16 18 divcan4d โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) = ๐‘Ž )
27 zcn โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
28 27 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
29 28 16 18 divcan4d โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) = ๐‘ )
30 26 29 oveq12d โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) gcd ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) ) = ( ๐‘Ž gcd ๐‘ ) )
31 19 23 30 3eqtr4d โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) / ๐ถ ) = ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) gcd ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) ) )
32 oveq12 โŠข ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) = ( ๐ด gcd ๐ต ) )
33 32 oveq1d โŠข ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) )
34 oveq1 โŠข ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) = ( ๐ด / ๐ถ ) )
35 oveq1 โŠข ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) = ( ๐ต / ๐ถ ) )
36 34 35 oveqan12d โŠข ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) gcd ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) )
37 33 36 eqeq12d โŠข ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) gcd ( ๐‘ ยท ๐ถ ) ) / ๐ถ ) = ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) gcd ( ( ๐‘ ยท ๐ถ ) / ๐ถ ) ) โ†” ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) )
38 31 37 syl5ibcom โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) )
39 38 3expa โŠข ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) )
40 39 expcom โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) ) )
41 40 rexlimdvv โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„• โ†’ ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) )
42 41 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘Ž ยท ๐ถ ) = ๐ด โˆง ( ๐‘ ยท ๐ถ ) = ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) )
43 11 42 sylbid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โˆง ๐ถ โˆฅ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) ) )
44 43 imp โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ๐ต โˆˆ โ„ค โˆง ๐ถ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ถ โˆฅ ๐ด โˆง ๐ถ โˆฅ ๐ต ) ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) / ๐ถ ) = ( ( ๐ด / ๐ถ ) gcd ( ๐ต / ๐ถ ) ) )