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Theorem modmknepk

Description: A nonnegative integer less than the modulus plus/minus a positive integer less than (the ceiling of) half of the modulus are not equal modulo the modulus. For this theorem, it is essential that K < ( N / 2 ) ! (Contributed by AV, 3-Sep-2025) (Revised by AV, 15-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses modmknepk.j ⊢ 𝐽 = ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
modmknepk.i ⊢ 𝐼 = ( 0 ..^ 𝑁 )
Assertion modmknepk ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝑌 ∈ 𝐼 ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( ( 𝑌 − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ≠ ( ( 𝑌 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 modmknepk.j ⊢ 𝐽 = ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
2 modmknepk.i ⊢ 𝐼 = ( 0 ..^ 𝑁 )
3 eluz3nn ⊢ ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
4 3 3ad2ant1 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝑌 ∈ 𝐼 ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
5 elfzoelz ⊢ ( 𝑌 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) → 𝑌 ∈ ℤ )
6 5 2 eleq2s ⊢ ( 𝑌 ∈ 𝐼 → 𝑌 ∈ ℤ )
7 6 3ad2ant2 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝑌 ∈ 𝐼 ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → 𝑌 ∈ ℤ )
8 elfzoelz ⊢ ( 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) → 𝐾 ∈ ℤ )
9 8 1 eleq2s ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 𝐾 ∈ ℤ )
10 9 3ad2ant3 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝑌 ∈ 𝐼 ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → 𝐾 ∈ ℤ )
11 9 zcnd ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 𝐾 ∈ ℂ )
12 11 2timesd ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → ( 2 · 𝐾 ) = ( 𝐾 + 𝐾 ) )
13 12 eqcomd ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → ( 𝐾 + 𝐾 ) = ( 2 · 𝐾 ) )
14 13 adantl ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( 𝐾 + 𝐾 ) = ( 2 · 𝐾 ) )
15 1red ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 1 ∈ ℝ )
16 9 zred ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 𝐾 ∈ ℝ )
17 2z ⊢ 2 ∈ ℤ
18 17 a1i ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 2 ∈ ℤ )
19 18 9 zmulcld ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → ( 2 · 𝐾 ) ∈ ℤ )
20 19 zred ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → ( 2 · 𝐾 ) ∈ ℝ )
21 elfzole1 ⊢ ( 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) → 1 ≤ 𝐾 )
22 21 1 eleq2s ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 1 ≤ 𝐾 )
23 elfzo1 ⊢ ( 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) ↔ ( 𝐾 ∈ ℕ ∧ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℕ ∧ 𝐾 < ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) )
24 23 simp1bi ⊢ ( 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) → 𝐾 ∈ ℕ )
25 24 1 eleq2s ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 𝐾 ∈ ℕ )
26 25 nnnn0d ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 𝐾 ∈ ℕ0 )
27 nn0le2x ⊢ ( 𝐾 ∈ ℕ0 → 𝐾 ≤ ( 2 · 𝐾 ) )
28 26 27 syl ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 𝐾 ≤ ( 2 · 𝐾 ) )
29 15 16 20 22 28 letrd ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 → 1 ≤ ( 2 · 𝐾 ) )
30 29 adantl ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → 1 ≤ ( 2 · 𝐾 ) )
31 1 eleq2i ⊢ ( 𝐾 ∈ 𝐽 ↔ 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) )
32 2tceilhalfelfzo1 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) ) → ( 2 · 𝐾 ) < 𝑁 )
33 31 32 sylan2b ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( 2 · 𝐾 ) < 𝑁 )
34 30 33 jca ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( 1 ≤ ( 2 · 𝐾 ) ∧ ( 2 · 𝐾 ) < 𝑁 ) )
35 breq2 ⊢ ( ( 𝐾 + 𝐾 ) = ( 2 · 𝐾 ) → ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ↔ 1 ≤ ( 2 · 𝐾 ) ) )
36 breq1 ⊢ ( ( 𝐾 + 𝐾 ) = ( 2 · 𝐾 ) → ( ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ↔ ( 2 · 𝐾 ) < 𝑁 ) )
37 35 36 anbi12d ⊢ ( ( 𝐾 + 𝐾 ) = ( 2 · 𝐾 ) → ( ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ∧ ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ) ↔ ( 1 ≤ ( 2 · 𝐾 ) ∧ ( 2 · 𝐾 ) < 𝑁 ) ) )
38 34 37 syl5ibrcom ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( ( 𝐾 + 𝐾 ) = ( 2 · 𝐾 ) → ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ∧ ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ) ) )
39 14 38 mpd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ∧ ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ) )
40 39 3adant2 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝑌 ∈ 𝐼 ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ∧ ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ) )
41 submodneaddmod ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ ( 𝑌 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℤ ) ∧ ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ∧ ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ) ) → ( ( 𝑌 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ≠ ( ( 𝑌 − 𝐾 ) mod 𝑁 ) )
42 41 necomd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ ( 𝑌 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℤ ) ∧ ( 1 ≤ ( 𝐾 + 𝐾 ) ∧ ( 𝐾 + 𝐾 ) < 𝑁 ) ) → ( ( 𝑌 − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ≠ ( ( 𝑌 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) )
43 4 7 10 10 40 42 syl131anc ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ≥ ‘ 3 ) ∧ 𝑌 ∈ 𝐼 ∧ 𝐾 ∈ 𝐽 ) → ( ( 𝑌 − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ≠ ( ( 𝑌 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) )