Metamath Proof Explorer


Theorem modexp2m1d

Description: The square of an integer which is -1 modulo a number greater than 1 is 1 modulo the same modulus. (Contributed by AV, 5-Jul-2020)

Ref Expression
Hypotheses modexp2m1d.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
modexp2m1d.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ โ„+ )
modexp2m1d.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 < ๐ธ )
modexp2m1d.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด mod ๐ธ ) = ( - 1 mod ๐ธ ) )
Assertion modexp2m1d ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) mod ๐ธ ) = 1 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 modexp2m1d.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
2 modexp2m1d.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ โ„+ )
3 modexp2m1d.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 < ๐ธ )
4 modexp2m1d.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด mod ๐ธ ) = ( - 1 mod ๐ธ ) )
5 1 zcnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
6 5 sqvald โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 2 ) = ( ๐ด ยท ๐ด ) )
7 6 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) mod ๐ธ ) = ( ( ๐ด ยท ๐ด ) mod ๐ธ ) )
8 neg1z โŠข - 1 โˆˆ โ„ค
9 8 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ - 1 โˆˆ โ„ค )
10 1 9 1 9 2 4 4 modmul12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐ด ) mod ๐ธ ) = ( ( - 1 ยท - 1 ) mod ๐ธ ) )
11 7 10 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) mod ๐ธ ) = ( ( - 1 ยท - 1 ) mod ๐ธ ) )
12 neg1mulneg1e1 โŠข ( - 1 ยท - 1 ) = 1
13 12 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( - 1 ยท - 1 ) = 1 )
14 13 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( - 1 ยท - 1 ) mod ๐ธ ) = ( 1 mod ๐ธ ) )
15 2 rpred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ โ„ )
16 1mod โŠข ( ( ๐ธ โˆˆ โ„ โˆง 1 < ๐ธ ) โ†’ ( 1 mod ๐ธ ) = 1 )
17 15 3 16 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 mod ๐ธ ) = 1 )
18 14 17 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( - 1 ยท - 1 ) mod ๐ธ ) = 1 )
19 11 18 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) mod ๐ธ ) = 1 )