Metamath Proof Explorer


Theorem rplpwr

Description: If A and B are relatively prime, then so are A ^ N and B . (Contributed by Scott Fenton, 12-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2014)

Ref Expression
Assertion rplpwr ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) = ( ๐ด โ†‘ 1 ) )
2 1 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) )
3 2 eqeq1d โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
4 3 imbi2d โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
5 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) )
6 5 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) )
7 6 eqeq1d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
8 7 imbi2d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
9 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) )
10 9 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) )
11 10 eqeq1d โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
12 11 imbi2d โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
13 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
14 13 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) )
15 14 eqeq1d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
16 15 imbi2d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) gcd ๐ต ) = 1 ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
17 nncn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
18 17 exp1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐ด โ†‘ 1 ) = ๐ด )
19 18 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) = ( ๐ด gcd ๐ต ) )
20 19 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) = ( ๐ด gcd ๐ต ) )
21 20 eqeq1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) )
22 21 biimpar โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) gcd ๐ต ) = 1 )
23 df-3an โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†” ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) )
24 simpl1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„• )
25 24 nncnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
26 simpl3 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
27 26 nnnn0d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
28 25 27 expp1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ยท ๐ด ) )
29 simp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„• )
30 nnnn0 โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
31 30 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
32 29 31 nnexpcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„• )
33 32 nnzd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
34 33 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
35 34 zcnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
36 35 25 mulcomd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ยท ๐ด ) = ( ๐ด ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) )
37 28 36 eqtrd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) = ( ๐ด ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) )
38 37 oveq2d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) ) = ( ๐ต gcd ( ๐ด ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) ) )
39 simpl2 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„• )
40 32 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„• )
41 nnz โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
42 41 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
43 nnz โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
44 43 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
45 42 44 gcdcomd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด gcd ๐ต ) = ( ๐ต gcd ๐ด ) )
46 45 eqeq1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ๐ต gcd ๐ด ) = 1 ) )
47 46 biimpa โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต gcd ๐ด ) = 1 )
48 rpmulgcd โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ต gcd ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต gcd ( ๐ด ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) ) = ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) )
49 39 24 40 47 48 syl31anc โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต gcd ( ๐ด ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) ) = ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) )
50 38 49 eqtrd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) ) = ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) )
51 peano2nn โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„• )
52 51 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„• )
53 52 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„• )
54 53 nnnn0d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„•0 )
55 24 54 nnexpcld โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) โˆˆ โ„• )
56 55 nnzd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) โˆˆ โ„ค )
57 44 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ค )
58 56 57 gcdcomd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) ) )
59 34 57 gcdcomd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = ( ๐ต gcd ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) ) )
60 50 58 59 3eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) )
61 60 eqeq1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 โ†” ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
62 61 biimprd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
63 23 62 sylanbr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
64 63 an32s โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
65 64 expcom โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
66 65 a2d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘› ) gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
67 4 8 12 16 22 66 nnind โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) )
68 67 expd โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
69 68 com12 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) ) )
70 69 3impia โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐ต โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด gcd ๐ต ) = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) gcd ๐ต ) = 1 ) )