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Theorem mpodvdsmulf1o

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 . Version of dvdsmulf1o using maps-to notation, which does not require ax-mulf . (Contributed by GG, 18-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses mpodvdsmulf1o.1 φ M
mpodvdsmulf1o.2 φ N
mpodvdsmulf1o.3 φ M gcd N = 1
mpodvdsmulf1o.x X = x | x M
mpodvdsmulf1o.y Y = x | x N
mpodvdsmulf1o.z Z = x | x M N
Assertion mpodvdsmulf1o φ x , y x y X × Y : X × Y 1-1 onto Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mpodvdsmulf1o.1 φ M
2 mpodvdsmulf1o.2 φ N
3 mpodvdsmulf1o.3 φ M gcd N = 1
4 mpodvdsmulf1o.x X = x | x M
5 mpodvdsmulf1o.y Y = x | x N
6 mpodvdsmulf1o.z Z = x | x M N
7 mpomulf x , y x y : ×
8 ffn x , y x y : × x , y x y Fn ×
9 7 8 ax-mp x , y x y 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 x , y x y Fn × X × Y × x , y x y X × Y Fn X × Y
18 9 16 17 mp2an x , y x y X × Y Fn X × Y
19 18 a1i φ x , y x y X × Y Fn X × Y
20 ovres i X j Y i x , y x y X × Y j = i x , y x y j
21 20 adantl φ i X j Y i x , y x y X × Y j = i x , y x y j
22 12 sseli i X i
23 22 adantr i X j Y i
24 14 sseli j Y j
25 24 adantl i X j Y j
26 ovmpot i j i x , y x y j = i j
27 26 eqcomd i j i j = i x , y x y j
28 23 25 27 syl2anc i X j Y i j = i x , y x y j
29 28 adantl φ i X j Y i j = i x , y x y j
30 10 sseli i X i
31 30 ad2antrl φ i X j Y i
32 13 sseli j Y j
33 32 ad2antll φ i X j Y j
34 31 33 nnmulcld φ i X j Y i j
35 breq1 x = j x N j N
36 35 5 elrab2 j Y j j N
37 36 simprbi j Y j N
38 37 ad2antll φ i X j Y j N
39 breq1 x = i x M i M
40 39 4 elrab2 i X i i M
41 40 simprbi i X i M
42 41 ad2antrl φ i X j Y i M
43 33 nnzd φ i X j Y j
44 2 adantr φ i X j Y N
45 44 nnzd φ i X j Y N
46 31 nnzd φ i X j Y i
47 dvdscmul j N i j N i j i N
48 43 45 46 47 syl3anc φ i X j Y j N i j i N
49 1 adantr φ i X j Y M
50 49 nnzd φ i X j Y M
51 dvdsmulc i M N i M i N M N
52 46 50 45 51 syl3anc φ i X j Y i M i N M N
53 34 nnzd φ i X j Y i j
54 46 45 zmulcld φ i X j Y i N
55 50 45 zmulcld φ i X j Y M N
56 dvdstr i j i N M N i j i N i N M N i j M N
57 53 54 55 56 syl3anc φ i X j Y i j i N i N M N i j M N
58 48 52 57 syl2and φ i X j Y j N i M i j M N
59 38 42 58 mp2and φ i X j Y i j M N
60 breq1 x = i j x M N i j M N
61 60 6 elrab2 i j Z i j i j M N
62 34 59 61 sylanbrc φ i X j Y i j Z
63 29 62 eqeltrrd φ i X j Y i x , y x y j Z
64 21 63 eqeltrd φ i X j Y i x , y x y X × Y j Z
65 64 ralrimivva φ i X j Y i x , y x y X × Y j Z
66 ffnov x , y x y X × Y : X × Y Z x , y x y X × Y Fn X × Y i X j Y i x , y x y X × Y j Z
67 19 65 66 sylanbrc φ x , y x y X × Y : X × Y Z
68 23 ad2antlr φ i X j Y m X n Y i
69 25 ad2antlr φ i X j Y m X n Y j
70 68 69 26 syl2anc φ i X j Y m X n Y i x , y x y j = i j
71 12 sseli m X m
72 71 ad2antrl φ i X j Y m X n Y m
73 14 sseli n Y n
74 73 ad2antll φ i X j Y m X n Y n
75 ovmpot m n m x , y x y n = m n
76 72 74 75 syl2anc φ i X j Y m X n Y m x , y x y n = m n
77 70 76 eqeq12d φ i X j Y m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
78 31 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n i
79 78 nnnn0d φ i X j Y m X n Y i j = m n i 0
80 simprll φ i X j Y m X n Y i j = m n m X
81 10 80 sselid φ i X j Y m X n Y i j = m n m
82 81 nnnn0d φ i X j Y m X n Y i j = m n m 0
83 78 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n i
84 33 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n j
85 84 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n j
86 dvdsmul1 i j i i j
87 83 85 86 syl2anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i i j
88 simprr φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
89 12 80 sselid φ i X j Y m X n Y i j = m n m
90 simprlr φ i X j Y m X n Y i j = m n n Y
91 14 90 sselid φ i X j Y m X n Y i j = m n n
92 89 91 mulcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n m n = n m
93 88 92 eqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = n m
94 87 93 breqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n i n m
95 13 90 sselid φ i X j Y m X n Y i j = m n n
96 95 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n n
97 45 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n N
98 83 97 gcdcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n i gcd N = N gcd i
99 50 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n M
100 2 nnzd φ N
101 1 nnzd φ M
102 100 101 gcdcomd φ N gcd M = M gcd N
103 102 3 eqtrd φ N gcd M = 1
104 103 ad2antrr φ i X j Y m X n Y i j = m n N gcd M = 1
105 42 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n i M
106 rpdvds N i M N gcd M = 1 i M N gcd i = 1
107 97 83 99 104 105 106 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n N gcd i = 1
108 98 107 eqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n i gcd N = 1
109 breq1 x = n x N n N
110 109 5 elrab2 n Y n n N
111 110 simprbi n Y n N
112 90 111 syl φ i X j Y m X n Y i j = m n n N
113 rpdvds i n N i gcd N = 1 n N i gcd n = 1
114 83 96 97 108 112 113 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i gcd n = 1
115 81 nnzd φ i X j Y m X n Y i j = m n m
116 coprmdvds i n m i n m i gcd n = 1 i m
117 83 96 115 116 syl3anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i n m i gcd n = 1 i m
118 94 114 117 mp2and φ i X j Y m X n Y i j = m n i m
119 dvdsmul1 m n m m n
120 115 96 119 syl2anc φ i X j Y m X n Y i j = m n m m n
121 78 nncnd φ i X j Y m X n Y i j = m n i
122 84 nncnd φ i X j Y m X n Y i j = m n j
123 121 122 mulcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = j i
124 88 123 eqtr3d φ i X j Y m X n Y i j = m n m n = j i
125 120 124 breqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n m j i
126 115 97 gcdcomd φ i X j Y m X n Y i j = m n m gcd N = N gcd m
127 breq1 x = m x M m M
128 127 4 elrab2 m X m m M
129 128 simprbi m X m M
130 80 129 syl φ i X j Y m X n Y i j = m n m M
131 rpdvds N m M N gcd M = 1 m M N gcd m = 1
132 97 115 99 104 130 131 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n N gcd m = 1
133 126 132 eqtrd φ i X j Y m X n Y i j = m n m gcd N = 1
134 38 adantr φ i X j Y m X n Y i j = m n j N
135 rpdvds m j N m gcd N = 1 j N m gcd j = 1
136 115 85 97 133 134 135 syl32anc φ i X j Y m X n Y i j = m n m gcd j = 1
137 coprmdvds m j i m j i m gcd j = 1 m i
138 115 85 83 137 syl3anc φ i X j Y m X n Y i j = m n m j i m gcd j = 1 m i
139 125 136 138 mp2and φ i X j Y m X n Y i j = m n m i
140 dvdseq i 0 m 0 i m m i i = m
141 79 82 118 139 140 syl22anc φ i X j Y m X n Y i j = m n i = m
142 78 nnne0d φ i X j Y m X n Y i j = m n i 0
143 141 oveq1d φ i X j Y m X n Y i j = m n i n = m n
144 88 143 eqtr4d φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = i n
145 122 91 121 142 144 mulcanad φ i X j Y m X n Y i j = m n j = n
146 141 145 opeq12d φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
147 146 expr φ i X j Y m X n Y i j = m n i j = m n
148 77 147 sylbid φ i X j Y m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
149 148 ralrimivva φ i X j Y m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
150 149 ralrimivva φ i X j Y m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
151 fvres u X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y u
152 fvres v X × Y x , y x y X × Y v = x , y x y v
153 151 152 eqeqan12d u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v x , y x y u = x , y x y v
154 153 imbi1d u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v u = v x , y x y u = x , y x y v u = v
155 154 ralbidva u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v u = v v X × Y x , y x y u = x , y x y v u = v
156 155 ralbiia u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v u = v u X × Y v X × Y x , y x y u = x , y x y v u = v
157 fveq2 v = m n x , y x y v = x , y x y m n
158 df-ov m x , y x y n = x , y x y m n
159 157 158 eqtr4di v = m n x , y x y v = m x , y x y n
160 159 eqeq2d v = m n x , y x y u = x , y x y v x , y x y u = m x , y x y n
161 eqeq2 v = m n u = v u = m n
162 160 161 imbi12d v = m n x , y x y u = x , y x y v u = v x , y x y u = m x , y x y n u = m n
163 162 ralxp v X × Y x , y x y u = x , y x y v u = v m X n Y x , y x y u = m x , y x y n u = m n
164 fveq2 u = i j x , y x y u = x , y x y i j
165 df-ov i x , y x y j = x , y x y i j
166 164 165 eqtr4di u = i j x , y x y u = i x , y x y j
167 166 eqeq1d u = i j x , y x y u = m x , y x y n i x , y x y j = m x , y x y n
168 eqeq1 u = i j u = m n i j = m n
169 167 168 imbi12d u = i j x , y x y u = m x , y x y n u = m n i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
170 169 2ralbidv u = i j m X n Y x , y x y u = m x , y x y n u = m n m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
171 163 170 bitrid u = i j v X × Y x , y x y u = x , y x y v u = v m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
172 171 ralxp u X × Y v X × Y x , y x y u = x , y x y v u = v i X j Y m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
173 156 172 bitri u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v u = v i X j Y m X n Y i x , y x y j = m x , y x y n i j = m n
174 150 173 sylibr φ u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v u = v
175 dff13 x , y x y X × Y : X × Y 1-1 Z x , y x y X × Y : X × Y Z u X × Y v X × Y x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y v u = v
176 67 174 175 sylanbrc φ x , y x y X × Y : X × Y 1-1 Z
177 breq1 x = w x M N w M N
178 177 6 elrab2 w Z w w M N
179 178 simplbi w Z w
180 179 adantl φ w Z w
181 180 nnzd φ w Z w
182 1 adantr φ w Z M
183 182 nnzd φ w Z M
184 182 nnne0d φ w Z M 0
185 simpr w = 0 M = 0 M = 0
186 185 necon3ai M 0 ¬ w = 0 M = 0
187 184 186 syl φ w Z ¬ w = 0 M = 0
188 gcdn0cl w M ¬ w = 0 M = 0 w gcd M
189 181 183 187 188 syl21anc φ w Z w gcd M
190 gcddvds w M w gcd M w w gcd M M
191 181 183 190 syl2anc φ w Z w gcd M w w gcd M M
192 191 simprd φ w Z w gcd M M
193 breq1 x = w gcd M x M w gcd M M
194 193 4 elrab2 w gcd M X w gcd M w gcd M M
195 189 192 194 sylanbrc φ w Z w gcd M X
196 2 adantr φ w Z N
197 196 nnzd φ w Z N
198 196 nnne0d φ w Z N 0
199 simpr w = 0 N = 0 N = 0
200 199 necon3ai N 0 ¬ w = 0 N = 0
201 198 200 syl φ w Z ¬ w = 0 N = 0
202 gcdn0cl w N ¬ w = 0 N = 0 w gcd N
203 181 197 201 202 syl21anc φ w Z w gcd N
204 gcddvds w N w gcd N w w gcd N N
205 181 197 204 syl2anc φ w Z w gcd N w w gcd N N
206 205 simprd φ w Z w gcd N N
207 breq1 x = w gcd N x N w gcd N N
208 207 5 elrab2 w gcd N Y w gcd N w gcd N N
209 203 206 208 sylanbrc φ w Z w gcd N Y
210 195 209 opelxpd φ w Z w gcd M w gcd N X × Y
211 210 fvresd φ w Z x , y x y X × Y w gcd M w gcd N = x , y x y w gcd M w gcd N
212 df-ov w gcd M x , y x y w gcd N = x , y x y w gcd M w gcd N
213 189 nncnd φ w Z w gcd M
214 203 nncnd φ w Z w gcd N
215 ovmpot w gcd M w gcd N w gcd M x , y x y w gcd N = w gcd M w gcd N
216 213 214 215 syl2anc φ w Z w gcd M x , y x y w gcd N = w gcd M w gcd N
217 212 216 eqtr3id φ w Z x , y x y w gcd M w gcd N = w gcd M w gcd N
218 df-ov w gcd M w gcd N = × w gcd M w gcd N
219 218 a1i φ w Z w gcd M w gcd N = × w gcd M w gcd N
220 211 217 219 3eqtrd φ w Z x , y x y X × Y w gcd M w gcd N = × w gcd M w gcd N
221 3 adantr φ w Z M gcd N = 1
222 rpmulgcd2 w M N M gcd N = 1 w gcd M N = w gcd M w gcd N
223 181 183 197 221 222 syl31anc φ w Z w gcd M N = w gcd M w gcd N
224 223 218 eqtrdi φ w Z w gcd M N = × w gcd M w gcd N
225 178 simprbi w Z w M N
226 225 adantl φ w Z w M N
227 1 2 nnmulcld φ M N
228 gcdeq w M N w gcd M N = w w M N
229 179 227 228 syl2anr φ w Z w gcd M N = w w M N
230 226 229 mpbird φ w Z w gcd M N = w
231 220 224 230 3eqtr2rd φ w Z w = x , y x y X × Y w gcd M w gcd N
232 fveq2 u = w gcd M w gcd N x , y x y X × Y u = x , y x y X × Y w gcd M w gcd N
233 232 rspceeqv w gcd M w gcd N X × Y w = x , y x y X × Y w gcd M w gcd N u X × Y w = x , y x y X × Y u
234 210 231 233 syl2anc φ w Z u X × Y w = x , y x y X × Y u
235 234 ralrimiva φ w Z u X × Y w = x , y x y X × Y u
236 dffo3 x , y x y X × Y : X × Y onto Z x , y x y X × Y : X × Y Z w Z u X × Y w = x , y x y X × Y u
237 67 235 236 sylanbrc φ x , y x y X × Y : X × Y onto Z
238 df-f1o x , y x y X × Y : X × Y 1-1 onto Z x , y x y X × Y : X × Y 1-1 Z x , y x y X × Y : X × Y onto Z
239 176 237 238 sylanbrc φ x , y x y X × Y : X × Y 1-1 onto Z