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Theorem phiprmpw 15528
Description: Value of the Euler ϕ function at a prime power. Theorem 2.5(a) in [ApostolNT] p. 28. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Feb-2014.)
Assertion
Ref Expression
phiprmpw ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (ϕ‘(𝑃𝐾)) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · (𝑃 − 1)))

Proof of Theorem phiprmpw
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 prmnn 15435 . . . 4 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
2 nnnn0 11337 . . . 4 (𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℕ0)
3 nnexpcl 12913 . . . 4 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (𝑃𝐾) ∈ ℕ)
41, 2, 3syl2an 493 . . 3 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) ∈ ℕ)
5 phival 15519 . . 3 ((𝑃𝐾) ∈ ℕ → (ϕ‘(𝑃𝐾)) = (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}))
64, 5syl 17 . 2 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (ϕ‘(𝑃𝐾)) = (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}))
7 nnm1nn0 11372 . . . . . 6 (𝐾 ∈ ℕ → (𝐾 − 1) ∈ ℕ0)
8 nnexpcl 12913 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ (𝐾 − 1) ∈ ℕ0) → (𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℕ)
91, 7, 8syl2an 493 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℕ)
109nncnd 11074 . . . 4 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℂ)
111nncnd 11074 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℂ)
1211adantr 480 . . . 4 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → 𝑃 ∈ ℂ)
13 ax-1cn 10032 . . . . 5 1 ∈ ℂ
14 subdi 10501 . . . . 5 (((𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · (𝑃 − 1)) = (((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 1)))
1513, 14mp3an3 1453 . . . 4 (((𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℂ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · (𝑃 − 1)) = (((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 1)))
1610, 12, 15syl2anc 694 . . 3 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · (𝑃 − 1)) = (((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 1)))
1710mulid1d 10095 . . . 4 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 1) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
1817oveq2d 6706 . . 3 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 1)) = (((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − (𝑃↑(𝐾 − 1))))
19 inrab 3932 . . . . . . 7 ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∩ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0))}
20 elfzelz 12380 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) → 𝑥 ∈ ℤ)
21 prmz 15436 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
22 rpexp 15479 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑃 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃𝐾) gcd 𝑥) = 1 ↔ (𝑃 gcd 𝑥) = 1))
2321, 22syl3an1 1399 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃𝐾) gcd 𝑥) = 1 ↔ (𝑃 gcd 𝑥) = 1))
24233expa 1284 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑥 ∈ ℤ) ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃𝐾) gcd 𝑥) = 1 ↔ (𝑃 gcd 𝑥) = 1))
2524an32s 863 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (((𝑃𝐾) gcd 𝑥) = 1 ↔ (𝑃 gcd 𝑥) = 1))
26 simpr 476 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → 𝑥 ∈ ℤ)
27 zexpcl 12915 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑃 ∈ ℤ ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (𝑃𝐾) ∈ ℤ)
2821, 2, 27syl2an 493 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) ∈ ℤ)
2928adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑃𝐾) ∈ ℤ)
30 gcdcom 15282 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℤ ∧ (𝑃𝐾) ∈ ℤ) → (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = ((𝑃𝐾) gcd 𝑥))
3126, 29, 30syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = ((𝑃𝐾) gcd 𝑥))
3231eqeq1d 2653 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ↔ ((𝑃𝐾) gcd 𝑥) = 1))
33 coprm 15470 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (¬ 𝑃𝑥 ↔ (𝑃 gcd 𝑥) = 1))
3433adantlr 751 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (¬ 𝑃𝑥 ↔ (𝑃 gcd 𝑥) = 1))
3525, 32, 343bitr4d 300 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ↔ ¬ 𝑃𝑥))
36 zcn 11420 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 ∈ ℤ → 𝑥 ∈ ℂ)
3736adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → 𝑥 ∈ ℂ)
3837subid1d 10419 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥 − 0) = 𝑥)
3938breq2d 4697 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑃 ∥ (𝑥 − 0) ↔ 𝑃𝑥))
4039notbid 307 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (¬ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0) ↔ ¬ 𝑃𝑥))
4135, 40bitr4d 271 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ↔ ¬ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
4220, 41sylan2 490 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))) → ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ↔ ¬ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
4342biimpd 219 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))) → ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 → ¬ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
44 imnan 437 . . . . . . . . . 10 (((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 → ¬ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)) ↔ ¬ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
4543, 44sylib 208 . . . . . . . . 9 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))) → ¬ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
4645ralrimiva 2995 . . . . . . . 8 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ∀𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ¬ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
47 rabeq0 3990 . . . . . . . 8 ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0))} = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ¬ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
4846, 47sylibr 224 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∧ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0))} = ∅)
4919, 48syl5eq 2697 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∩ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = ∅)
50 fzfi 12811 . . . . . . . 8 (1...(𝑃𝐾)) ∈ Fin
51 ssrab2 3720 . . . . . . . 8 {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ⊆ (1...(𝑃𝐾))
52 ssfi 8221 . . . . . . . 8 (((1...(𝑃𝐾)) ∈ Fin ∧ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ⊆ (1...(𝑃𝐾))) → {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∈ Fin)
5350, 51, 52mp2an 708 . . . . . . 7 {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∈ Fin
54 ssrab2 3720 . . . . . . . 8 {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)} ⊆ (1...(𝑃𝐾))
55 ssfi 8221 . . . . . . . 8 (((1...(𝑃𝐾)) ∈ Fin ∧ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)} ⊆ (1...(𝑃𝐾))) → {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)} ∈ Fin)
5650, 54, 55mp2an 708 . . . . . . 7 {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)} ∈ Fin
57 hashun 13209 . . . . . . 7 (({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∈ Fin ∧ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)} ∈ Fin ∧ ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∩ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = ∅) → (#‘({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})))
5853, 56, 57mp3an12 1454 . . . . . 6 (({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∩ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = ∅ → (#‘({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})))
5949, 58syl 17 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})))
6042biimprd 238 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))) → (¬ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0) → (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1))
6160con1d 139 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))) → (¬ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 → 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
6261orrd 392 . . . . . . . . . 10 (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))) → ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∨ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
6362ralrimiva 2995 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ∀𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∨ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
64 rabid2 3148 . . . . . . . . 9 ((1...(𝑃𝐾)) = {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∨ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0))} ↔ ∀𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾))((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∨ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)))
6563, 64sylibr 224 . . . . . . . 8 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (1...(𝑃𝐾)) = {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∨ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0))})
66 unrab 3931 . . . . . . . 8 ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ ((𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1 ∨ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0))}
6765, 66syl6reqr 2704 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = (1...(𝑃𝐾)))
6867fveq2d 6233 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = (#‘(1...(𝑃𝐾))))
694nnnn0d 11389 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) ∈ ℕ0)
70 hashfz1 13174 . . . . . . 7 ((𝑃𝐾) ∈ ℕ0 → (#‘(1...(𝑃𝐾))) = (𝑃𝐾))
7169, 70syl 17 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘(1...(𝑃𝐾))) = (𝑃𝐾))
72 expm1t 12928 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃))
7311, 72sylan 487 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃))
7468, 71, 733eqtrd 2689 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∪ {𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃))
751adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → 𝑃 ∈ ℕ)
76 1zzd 11446 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℤ)
77 nn0uz 11760 . . . . . . . . . . 11 0 = (ℤ‘0)
78 1m1e0 11127 . . . . . . . . . . . 12 (1 − 1) = 0
7978fveq2i 6232 . . . . . . . . . . 11 (ℤ‘(1 − 1)) = (ℤ‘0)
8077, 79eqtr4i 2676 . . . . . . . . . 10 0 = (ℤ‘(1 − 1))
8169, 80syl6eleq 2740 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) ∈ (ℤ‘(1 − 1)))
82 0zd 11427 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → 0 ∈ ℤ)
8375, 76, 81, 82hashdvds 15527 . . . . . . . 8 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = ((⌊‘(((𝑃𝐾) − 0) / 𝑃)) − (⌊‘(((1 − 1) − 0) / 𝑃))))
844nncnd 11074 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃𝐾) ∈ ℂ)
8584subid1d 10419 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((𝑃𝐾) − 0) = (𝑃𝐾))
8685oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃𝐾) − 0) / 𝑃) = ((𝑃𝐾) / 𝑃))
8775nnne0d 11103 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → 𝑃 ≠ 0)
88 nnz 11437 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℤ)
8988adantl 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → 𝐾 ∈ ℤ)
9012, 87, 89expm1d 13058 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃↑(𝐾 − 1)) = ((𝑃𝐾) / 𝑃))
9186, 90eqtr4d 2688 . . . . . . . . . . 11 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃𝐾) − 0) / 𝑃) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
9291fveq2d 6233 . . . . . . . . . 10 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (⌊‘(((𝑃𝐾) − 0) / 𝑃)) = (⌊‘(𝑃↑(𝐾 − 1))))
939nnzd 11519 . . . . . . . . . . 11 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℤ)
94 flid 12649 . . . . . . . . . . 11 ((𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℤ → (⌊‘(𝑃↑(𝐾 − 1))) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
9593, 94syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (⌊‘(𝑃↑(𝐾 − 1))) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
9692, 95eqtrd 2685 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (⌊‘(((𝑃𝐾) − 0) / 𝑃)) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
9778oveq1i 6700 . . . . . . . . . . . . . 14 ((1 − 1) − 0) = (0 − 0)
98 0m0e0 11168 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 − 0) = 0
9997, 98eqtri 2673 . . . . . . . . . . . . 13 ((1 − 1) − 0) = 0
10099oveq1i 6700 . . . . . . . . . . . 12 (((1 − 1) − 0) / 𝑃) = (0 / 𝑃)
10112, 87div0d 10838 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (0 / 𝑃) = 0)
102100, 101syl5eq 2697 . . . . . . . . . . 11 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((1 − 1) − 0) / 𝑃) = 0)
103102fveq2d 6233 . . . . . . . . . 10 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (⌊‘(((1 − 1) − 0) / 𝑃)) = (⌊‘0))
104 0z 11426 . . . . . . . . . . 11 0 ∈ ℤ
105 flid 12649 . . . . . . . . . . 11 (0 ∈ ℤ → (⌊‘0) = 0)
106104, 105ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 (⌊‘0) = 0
107103, 106syl6eq 2701 . . . . . . . . 9 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (⌊‘(((1 − 1) − 0) / 𝑃)) = 0)
10896, 107oveq12d 6708 . . . . . . . 8 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((⌊‘(((𝑃𝐾) − 0) / 𝑃)) − (⌊‘(((1 − 1) − 0) / 𝑃))) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) − 0))
10910subid1d 10419 . . . . . . . 8 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) − 0) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
11083, 108, 1093eqtrd 2689 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)}) = (𝑃↑(𝐾 − 1)))
111110oveq2d 6706 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (𝑃↑(𝐾 − 1))))
112 hashcl 13185 . . . . . . . . 9 ({𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1} ∈ Fin → (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) ∈ ℕ0)
11353, 112ax-mp 5 . . . . . . . 8 (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) ∈ ℕ0
114113nn0cni 11342 . . . . . . 7 (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) ∈ ℂ
115 addcom 10260 . . . . . . 7 (((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) ∈ ℂ ∧ (𝑃↑(𝐾 − 1)) ∈ ℂ) → ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (𝑃↑(𝐾 − 1))) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1})))
116114, 10, 115sylancr 696 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (𝑃↑(𝐾 − 1))) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1})))
117111, 116eqtrd 2685 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ 𝑃 ∥ (𝑥 − 0)})) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1})))
11859, 74, 1173eqtr3rd 2694 . . . 4 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1})) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃))
11910, 12mulcld 10098 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) ∈ ℂ)
120114a1i 11 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) ∈ ℂ)
121119, 10, 120subaddd 10448 . . . 4 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → ((((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − (𝑃↑(𝐾 − 1))) = (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) ↔ ((𝑃↑(𝐾 − 1)) + (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1})) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃)))
122118, 121mpbird 247 . . 3 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (((𝑃↑(𝐾 − 1)) · 𝑃) − (𝑃↑(𝐾 − 1))) = (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}))
12316, 18, 1223eqtrrd 2690 . 2 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (#‘{𝑥 ∈ (1...(𝑃𝐾)) ∣ (𝑥 gcd (𝑃𝐾)) = 1}) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · (𝑃 − 1)))
1246, 123eqtrd 2685 1 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝐾 ∈ ℕ) → (ϕ‘(𝑃𝐾)) = ((𝑃↑(𝐾 − 1)) · (𝑃 − 1)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wo 382  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wral 2941  {crab 2945  cun 3605  cin 3606  wss 3607  c0 3948   class class class wbr 4685  cfv 5926  (class class class)co 6690  Fincfn 7997  cc 9972  0cc0 9974  1c1 9975   + caddc 9977   · cmul 9979  cmin 10304   / cdiv 10722  cn 11058  0cn0 11330  cz 11415  cuz 11725  ...cfz 12364  cfl 12631  cexp 12900  #chash 13157  cdvds 15027   gcd cgcd 15263  cprime 15432  ϕcphi 15516
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-rp 11871  df-fz 12365  df-fl 12633  df-mod 12709  df-seq 12842  df-exp 12901  df-hash 13158  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-dvds 15028  df-gcd 15264  df-prm 15433  df-phi 15518
This theorem is referenced by:  phiprm  15529
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