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Theorem dvdsmulf1o

Description: If M and N are two coprime integers, multiplication forms a bijection from the set of pairs <. j , k >. where j || M and k || N , to the set of divisors of M x. N . (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jul-2015)

Ref Expression
Hypotheses dvdsmulf1o.1 φ M
dvdsmulf1o.2 φ N
dvdsmulf1o.3 φ M gcd N = 1
dvdsmulf1o.x X = x | x M
dvdsmulf1o.y Y = x | x N
dvdsmulf1o.z Z = x | x M N
Assertion dvdsmulf1o φ × X × Y : X × Y 1-1 onto Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvdsmulf1o.1 φ M
2 dvdsmulf1o.2 φ N
3 dvdsmulf1o.3 φ M gcd N = 1
4 dvdsmulf1o.x X = x | x M
5 dvdsmulf1o.y Y = x | x N
6 dvdsmulf1o.z Z = x | x M N
7 ax-mulf × : ×
8 ffn × : × × Fn ×
9 7 8 ax-mp × Fn ×
10 4 ssrab3 X
11 nnsscn
12 10 11 sstri X
13 5 ssrab3 Y
14 13 11 sstri Y
15 xpss12 X Y X × Y ×
16 12 14 15 mp2an X × Y ×
17 fnssres × Fn × X × Y × × X × Y Fn X × Y
18 9 16 17 mp2an × X × Y Fn X × Y
19 18 a1i φ × X × Y Fn X × Y
20 ovres i X j Y i × X × Y j = i j
21 20 adantl φ i X j Y i × X × Y j = i j
22 breq1 x = i x M i M
23 22 4 elrab2 i X i i M
24 23 simplbi i X i
25 24 ad2antrl φ i X j Y i
26 breq1 x = j x N j N
27 26 5 elrab2 j Y j j N
28 27 simplbi j Y j
29 28 ad2antll φ i X j Y j
30 25 29 nnmulcld φ i X j Y i j
31 27 simprbi j Y j N
32 31 ad2antll φ i X j Y j N
33 23 simprbi i X i M
34 33 ad2antrl φ i X j Y i M
35 29 nnzd φ i X j Y j
36 2 adantr φ i X j Y N
37 36 nnzd φ i X j Y N
38 25 nnzd φ i X j Y i
39 dvdscmul j N i j N i j i N
40 35 37 38 39 syl3anc φ i X j Y j N i j i N
41 1 adantr φ i X j Y M
42 41 nnzd φ i X j Y M
43 dvdsmulc i M N i M i N M N
44 38 42 37 43 syl3anc φ i X j Y i M i N M N
45 30 nnzd φ i X j Y i j
46 38 37 zmulcld φ i X j Y i N
47 42 37 zmulcld φ i X j Y M N
48 dvdstr i j i N M N i j i N i N M N i j M N
49 45 46 47 48 syl3anc φ i X j Y i j i N i N M N i j M N
50 40 44 49 syl2and φ i X j Y j N i M i j M N
51 32 34 50 mp2and φ i X j Y i j M N
52 breq1 x = i j x M N i j M N
53 52 6 elrab2 i j Z i j i j M N
54 30 51 53 sylanbrc φ i X j Y i j Z
55 21 54 eqeltrd φ i X j Y i × X × Y j Z
56 55 ralrimivva φ i X j Y i × X × Y j Z
57 ffnov × X × Y : X × Y Z × X × Y Fn X × Y i X j Y i × X × Y j Z
58 19 56 57 sylanbrc φ × X × Y : X × Y Z
59 25 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n i
60 59 nnnn0d φ i X j Y m X n Y i j = m n i 0
61 simprll φ i X j Y m X n Y i j = m n m X
62 breq1 x = m x M m M
63 62 4 elrab2 m X m m M
64 63 simplbi m X m
65 61 64 syl φ i X j Y m X n Y i j = m n m
66 65 nnnn0d φ i X j Y m X n Y i j = m n m 0
67 59 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n i
68 29 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n j
69 68 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n j
70 dvdsmul1 i j i i j
71 67 69 70 syl2anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i i j
72 simprr φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
73 12 61 sselid φ i X j Y m X n Y i j = m n m
74 simprlr φ i X j Y m X n Y i j = m n n Y
75 breq1 x = n x N n N
76 75 5 elrab2 n Y n n N
77 76 simplbi n Y n
78 74 77 syl φ i X j Y m X n Y i j = m n n
79 78 nncnd φ i X j Y m X n Y i j = m n n
80 73 79 mulcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n m n = n m
81 72 80 eqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = n m
82 71 81 breqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n i n m
83 78 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n n
84 37 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n N
85 67 84 gcdcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n i gcd N = N gcd i
86 42 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n M
87 2 nnzd φ N
88 1 nnzd φ M
89 87 88 gcdcomd φ N gcd M = M gcd N
90 89 3 eqtrd φ N gcd M = 1
91 90 ad2antrr φ i X j Y m X n Y i j = m n N gcd M = 1
92 34 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n i M
93 rpdvds N i M N gcd M = 1 i M N gcd i = 1
94 84 67 86 91 92 93 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n N gcd i = 1
95 85 94 eqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n i gcd N = 1
96 76 simprbi n Y n N
97 74 96 syl φ i X j Y m X n Y i j = m n n N
98 rpdvds i n N i gcd N = 1 n N i gcd n = 1
99 67 83 84 95 97 98 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i gcd n = 1
100 65 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n m
101 coprmdvds i n m i n m i gcd n = 1 i m
102 67 83 100 101 syl3anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i n m i gcd n = 1 i m
103 82 99 102 mp2and φ i X j Y m X n Y i j = m n i m
104 dvdsmul1 m n m m n
105 100 83 104 syl2anc φ i X j Y m X n Y i j = m n m m n
106 59 nncnd φ i X j Y m X n Y i j = m n i
107 68 nncnd φ i X j Y m X n Y i j = m n j
108 106 107 mulcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = j i
109 72 108 eqtr3d φ i X j Y m X n Y i j = m n m n = j i
110 105 109 breqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n m j i
111 100 84 gcdcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n m gcd N = N gcd m
112 63 simprbi m X m M
113 61 112 syl φ i X j Y m X n Y i j = m n m M
114 rpdvds N m M N gcd M = 1 m M N gcd m = 1
115 84 100 86 91 113 114 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n N gcd m = 1
116 111 115 eqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n m gcd N = 1
117 32 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n j N
118 rpdvds m j N m gcd N = 1 j N m gcd j = 1
119 100 69 84 116 117 118 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n m gcd j = 1
120 coprmdvds m j i m j i m gcd j = 1 m i
121 100 69 67 120 syl3anc φ i X j Y m X n Y i j = m n m j i m gcd j = 1 m i
122 110 119 121 mp2and φ i X j Y m X n Y i j = m n m i
123 dvdseq i 0 m 0 i m m i i = m
124 60 66 103 122 123 syl22anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i = m
125 59 nnne0d φ i X j Y m X n Y i j = m n i 0
126 124 oveq1d φ i X j Y m X n Y i j = m n i n = m n
127 72 126 eqtr4d φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = i n
128 107 79 106 125 127 mulcanad φ i X j Y m X n Y i j = m n j = n
129 124 128 opeq12d φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
130 129 expr φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
131 130 ralrimivva φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
132 131 ralrimivva φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
133 fvres u X × Y × X × Y u = × u
134 fvres v X × Y × X × Y v = × v
135 133 134 eqeqan12d u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v × u = × v
136 135 imbi1d u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v u = v × u = × v u = v
137 136 ralbidva u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v u = v v X × Y × u = × v u = v
138 137 ralbiia u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v u = v u X × Y v X × Y × u = × v u = v
139 fveq2 v = m n × v = × m n
140 df-ov m n = × m n
141 139 140 eqtr4di v = m n × v = m n
142 141 eqeq2d v = m n × u = × v × u = m n
143 eqeq2 v = m n u = v u = m n
144 142 143 imbi12d v = m n × u = × v u = v × u = m n u = m n
145 144 ralxp v X × Y × u = × v u = v m X n Y × u = m n u = m n
146 fveq2 u = i j × u = × i j
147 df-ov i j = × i j
148 146 147 eqtr4di u = i j × u = i j
149 148 eqeq1d u = i j × u = m n i j = m n
150 eqeq1 u = i j u = m n i j = m n
151 149 150 imbi12d u = i j × u = m n u = m n i j = m n i j = m n
152 151 2ralbidv u = i j m X n Y × u = m n u = m n m X n Y i j = m n i j = m n
153 145 152 syl5bb u = i j v X × Y × u = × v u = v m X n Y i j = m n i j = m n
154 153 ralxp u X × Y v X × Y × u = × v u = v i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
155 138 154 bitri u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v u = v i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
156 132 155 sylibr φ u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v u = v
157 dff13 × X × Y : X × Y 1-1 Z × X × Y : X × Y Z u X × Y v X × Y × X × Y u = × X × Y v u = v
158 58 156 157 sylanbrc φ × X × Y : X × Y 1-1 Z
159 breq1 x = w x M N w M N
160 159 6 elrab2 w Z w w M N
161 160 simplbi w Z w
162 161 adantl φ w Z w
163 162 nnzd φ w Z w
164 1 adantr φ w Z M
165 164 nnzd φ w Z M
166 164 nnne0d φ w Z M 0
167 simpr w = 0 M = 0 M = 0
168 167 necon3ai M 0 ¬ w = 0 M = 0
169 166 168 syl φ w Z ¬ w = 0 M = 0
170 gcdn0cl w M ¬ w = 0 M = 0 w gcd M
171 163 165 169 170 syl21anc φ w Z w gcd M
172 gcddvds w M w gcd M w w gcd M M
173 163 165 172 syl2anc φ w Z w gcd M w w gcd M M
174 173 simprd φ w Z w gcd M M
175 breq1 x = w gcd M x M w gcd M M
176 175 4 elrab2 w gcd M X w gcd M w gcd M M
177 171 174 176 sylanbrc φ w Z w gcd M X
178 2 adantr φ w Z N
179 178 nnzd φ w Z N
180 178 nnne0d φ w Z N 0
181 simpr w = 0 N = 0 N = 0
182 181 necon3ai N 0 ¬ w = 0 N = 0
183 180 182 syl φ w Z ¬ w = 0 N = 0
184 gcdn0cl w N ¬ w = 0 N = 0 w gcd N
185 163 179 183 184 syl21anc φ w Z w gcd N
186 gcddvds w N w gcd N w w gcd N N
187 163 179 186 syl2anc φ w Z w gcd N w w gcd N N
188 187 simprd φ w Z w gcd N N
189 breq1 x = w gcd N x N w gcd N N
190 189 5 elrab2 w gcd N Y w gcd N w gcd N N
191 185 188 190 sylanbrc φ w Z w gcd N Y
192 177 191 opelxpd φ w Z w gcd M w gcd N X × Y
193 192 fvresd φ w Z × X × Y w gcd M w gcd N = × w gcd M w gcd N
194 3 adantr φ w Z M gcd N = 1
195 rpmulgcd2 w M N M gcd N = 1 w gcd M N = w gcd M w gcd N
196 163 165 179 194 195 syl31anc φ w Z w gcd M N = w gcd M w gcd N
197 df-ov w gcd M w gcd N = × w gcd M w gcd N
198 196 197 eqtrdi φ w Z w gcd M N = × w gcd M w gcd N
199 160 simprbi w Z w M N
200 199 adantl φ w Z w M N
201 1 2 nnmulcld φ M N
202 gcdeq w M N w gcd M N = w w M N
203 161 201 202 syl2anr φ w Z w gcd M N = w w M N
204 200 203 mpbird φ w Z w gcd M N = w
205 193 198 204 3eqtr2rd φ w Z w = × X × Y w gcd M w gcd N
206 fveq2 u = w gcd M w gcd N × X × Y u = × X × Y w gcd M w gcd N
207 206 rspceeqv w gcd M w gcd N X × Y w = × X × Y w gcd M w gcd N u X × Y w = × X × Y u
208 192 205 207 syl2anc φ w Z u X × Y w = × X × Y u
209 208 ralrimiva φ w Z u X × Y w = × X × Y u
210 dffo3 × X × Y : X × Y onto Z × X × Y : X × Y Z w Z u X × Y w = × X × Y u
211 58 209 210 sylanbrc φ × X × Y : X × Y onto Z
212 df-f1o × X × Y : X × Y 1-1 onto Z × X × Y : X × Y 1-1 Z × X × Y : X × Y onto Z
213 158 211 212 sylanbrc φ × X × Y : X × Y 1-1 onto Z