Description: The product of two numbers' least common multiple and greatest common divisor is the absolute value of the product of the two numbers. In particular, that absolute valueis the least common multiple of two coprime numbers, for which ( M gcd N ) = 1 .
Multiple methods exist for proving this, and it is often proven either as a consequence of the fundamental theorem of arithmetic 1arith or of Bรฉzout's identity bezout ; see e.g., https://proofwiki.org/wiki/Product_of_GCD_and_LCM and https://math.stackexchange.com/a/470827 . This proof uses the latter to first confirm it for positive integers M and N (the "Second Proof" in the above Stack Exchange page), then shows that implies it for all nonzero integer inputs, then finally uses lcm0val to show it applies when either or both inputs are zero. (Contributed by Steve Rodriguez, 20-Jan-2020)
Ref | Expression | ||
---|---|---|---|
Assertion | lcmgcd | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
Step | Hyp | Ref | Expression |
---|---|---|---|
1 | gcdcl | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ๐ gcd ๐ ) โ โ0 ) | |
2 | 1 | nn0cnd | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ๐ gcd ๐ ) โ โ ) |
3 | 2 | mul02d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( 0 ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = 0 ) |
4 | 0z | โข 0 โ โค | |
5 | lcmcom | โข ( ( ๐ โ โค โง 0 โ โค ) โ ( ๐ lcm 0 ) = ( 0 lcm ๐ ) ) | |
6 | 4 5 | mpan2 | โข ( ๐ โ โค โ ( ๐ lcm 0 ) = ( 0 lcm ๐ ) ) |
7 | lcm0val | โข ( ๐ โ โค โ ( ๐ lcm 0 ) = 0 ) | |
8 | 6 7 | eqtr3d | โข ( ๐ โ โค โ ( 0 lcm ๐ ) = 0 ) |
9 | 8 | adantl | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( 0 lcm ๐ ) = 0 ) |
10 | 9 | oveq1d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( 0 lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( 0 ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) ) |
11 | zcn | โข ( ๐ โ โค โ ๐ โ โ ) | |
12 | 11 | adantl | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ๐ โ โ ) |
13 | 12 | mul02d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( 0 ยท ๐ ) = 0 ) |
14 | 13 | abs00bd | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ( 0 ยท ๐ ) ) = 0 ) |
15 | 3 10 14 | 3eqtr4d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( 0 lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( 0 ยท ๐ ) ) ) |
16 | 15 | adantr | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ( 0 lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( 0 ยท ๐ ) ) ) |
17 | simpr | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ๐ = 0 ) | |
18 | 17 | oveq1d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ๐ lcm ๐ ) = ( 0 lcm ๐ ) ) |
19 | 18 | oveq1d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( ( 0 lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) ) |
20 | 17 | oveq1d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ๐ ยท ๐ ) = ( 0 ยท ๐ ) ) |
21 | 20 | fveq2d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) = ( abs โ ( 0 ยท ๐ ) ) ) |
22 | 16 19 21 | 3eqtr4d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
23 | lcm0val | โข ( ๐ โ โค โ ( ๐ lcm 0 ) = 0 ) | |
24 | 23 | adantr | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ๐ lcm 0 ) = 0 ) |
25 | 24 | oveq1d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( ๐ lcm 0 ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( 0 ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) ) |
26 | zcn | โข ( ๐ โ โค โ ๐ โ โ ) | |
27 | 26 | adantr | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ๐ โ โ ) |
28 | 27 | mul01d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ๐ ยท 0 ) = 0 ) |
29 | 28 | abs00bd | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ( ๐ ยท 0 ) ) = 0 ) |
30 | 3 25 29 | 3eqtr4d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( ๐ lcm 0 ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท 0 ) ) ) |
31 | 30 | adantr | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ( ๐ lcm 0 ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท 0 ) ) ) |
32 | simpr | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ๐ = 0 ) | |
33 | 32 | oveq2d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ๐ lcm ๐ ) = ( ๐ lcm 0 ) ) |
34 | 33 | oveq1d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( ( ๐ lcm 0 ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) ) |
35 | 32 | oveq2d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ๐ ยท ๐ ) = ( ๐ ยท 0 ) ) |
36 | 35 | fveq2d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท 0 ) ) ) |
37 | 31 34 36 | 3eqtr4d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ๐ = 0 ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
38 | 22 37 | jaodan | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
39 | neanior | โข ( ( ๐ โ 0 โง ๐ โ 0 ) โ ยฌ ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) | |
40 | nnabscl | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ 0 ) โ ( abs โ ๐ ) โ โ ) | |
41 | nnabscl | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ 0 ) โ ( abs โ ๐ ) โ โ ) | |
42 | 40 41 | anim12i | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ 0 ) โง ( ๐ โ โค โง ๐ โ 0 ) ) โ ( ( abs โ ๐ ) โ โ โง ( abs โ ๐ ) โ โ ) ) |
43 | 42 | an4s | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ( ๐ โ 0 โง ๐ โ 0 ) ) โ ( ( abs โ ๐ ) โ โ โง ( abs โ ๐ ) โ โ ) ) |
44 | 39 43 | sylan2br | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ยฌ ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) โ ( ( abs โ ๐ ) โ โ โง ( abs โ ๐ ) โ โ ) ) |
45 | lcmgcdlem | โข ( ( ( abs โ ๐ ) โ โ โง ( abs โ ๐ ) โ โ ) โ ( ( ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) ยท ( ( abs โ ๐ ) gcd ( abs โ ๐ ) ) ) = ( abs โ ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) โง ( ( 0 โ โ โง ( ( abs โ ๐ ) โฅ 0 โง ( abs โ ๐ ) โฅ 0 ) ) โ ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) โฅ 0 ) ) ) | |
46 | 45 | simpld | โข ( ( ( abs โ ๐ ) โ โ โง ( abs โ ๐ ) โ โ ) โ ( ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) ยท ( ( abs โ ๐ ) gcd ( abs โ ๐ ) ) ) = ( abs โ ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) ) |
47 | 44 46 | syl | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ยฌ ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) โ ( ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) ยท ( ( abs โ ๐ ) gcd ( abs โ ๐ ) ) ) = ( abs โ ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) ) |
48 | lcmabs | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) = ( ๐ lcm ๐ ) ) | |
49 | gcdabs | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( abs โ ๐ ) gcd ( abs โ ๐ ) ) = ( ๐ gcd ๐ ) ) | |
50 | 48 49 | oveq12d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) ยท ( ( abs โ ๐ ) gcd ( abs โ ๐ ) ) ) = ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) ) |
51 | 50 | adantr | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ยฌ ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) โ ( ( ( abs โ ๐ ) lcm ( abs โ ๐ ) ) ยท ( ( abs โ ๐ ) gcd ( abs โ ๐ ) ) ) = ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) ) |
52 | absidm | โข ( ๐ โ โ โ ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) = ( abs โ ๐ ) ) | |
53 | absidm | โข ( ๐ โ โ โ ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) = ( abs โ ๐ ) ) | |
54 | 52 53 | oveqan12d | โข ( ( ๐ โ โ โง ๐ โ โ ) โ ( ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) ยท ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) ) = ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) |
55 | 26 11 54 | syl2an | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) ยท ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) ) = ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) |
56 | nn0abscl | โข ( ๐ โ โค โ ( abs โ ๐ ) โ โ0 ) | |
57 | 56 | nn0cnd | โข ( ๐ โ โค โ ( abs โ ๐ ) โ โ ) |
58 | 57 | adantr | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ๐ ) โ โ ) |
59 | nn0abscl | โข ( ๐ โ โค โ ( abs โ ๐ ) โ โ0 ) | |
60 | 59 | nn0cnd | โข ( ๐ โ โค โ ( abs โ ๐ ) โ โ ) |
61 | 60 | adantl | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ๐ ) โ โ ) |
62 | 58 61 | absmuld | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) = ( ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) ยท ( abs โ ( abs โ ๐ ) ) ) ) |
63 | 27 12 | absmuld | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) = ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) |
64 | 55 62 63 | 3eqtr4d | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( abs โ ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
65 | 64 | adantr | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ยฌ ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) โ ( abs โ ( ( abs โ ๐ ) ยท ( abs โ ๐ ) ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
66 | 47 51 65 | 3eqtr3d | โข ( ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โง ยฌ ( ๐ = 0 โจ ๐ = 0 ) ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |
67 | 38 66 | pm2.61dan | โข ( ( ๐ โ โค โง ๐ โ โค ) โ ( ( ๐ lcm ๐ ) ยท ( ๐ gcd ๐ ) ) = ( abs โ ( ๐ ยท ๐ ) ) ) |