]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - helm/matita/library/nat/primes.ma
- renamed ocaml/ to components/
[helm.git] / helm / matita / library / nat / primes.ma
diff --git a/helm/matita/library/nat/primes.ma b/helm/matita/library/nat/primes.ma
deleted file mode 100644 (file)
index 50b7d12..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,591 +0,0 @@
-(**************************************************************************)
-(*       ___                                                               *)
-(*      ||M||                                                             *)
-(*      ||A||       A project by Andrea Asperti                           *)
-(*      ||T||                                                             *)
-(*      ||I||       Developers:                                           *)
-(*      ||T||       A.Asperti, C.Sacerdoti Coen,                          *)
-(*      ||A||       E.Tassi, S.Zacchiroli                                 *)
-(*      \   /                                                             *)
-(*       \ /        Matita is distributed under the terms of the          *)
-(*        v         GNU Lesser General Public License Version 2.1         *)
-(*                                                                        *)
-(**************************************************************************)
-
-set "baseuri" "cic:/matita/nat/primes".
-
-include "nat/div_and_mod.ma".
-include "nat/minimization.ma".
-include "nat/sigma_and_pi.ma".
-include "nat/factorial.ma".
-
-inductive divides (n,m:nat) : Prop \def
-witness : \forall p:nat.m = times n p \to divides n m.
-
-interpretation "divides" 'divides n m = (cic:/matita/nat/primes/divides.ind#xpointer(1/1) n m).
-interpretation "not divides" 'ndivides n m =
- (cic:/matita/logic/connectives/Not.con (cic:/matita/nat/primes/divides.ind#xpointer(1/1) n m)).
-
-theorem reflexive_divides : reflexive nat divides.
-unfold reflexive.
-intros.
-exact (witness x x (S O) (times_n_SO x)).
-qed.
-
-theorem divides_to_div_mod_spec :
-\forall n,m. O < n \to n \divides m \to div_mod_spec m n (m / n) O.
-intros.elim H1.rewrite > H2.
-constructor 1.assumption.
-apply (lt_O_n_elim n H).intros.
-rewrite < plus_n_O.
-rewrite > div_times.apply sym_times.
-qed.
-
-theorem div_mod_spec_to_divides :
-\forall n,m,p. div_mod_spec m n p O \to n \divides m.
-intros.elim H.
-apply (witness n m p).
-rewrite < sym_times.
-rewrite > (plus_n_O (p*n)).assumption.
-qed.
-
-theorem divides_to_mod_O:
-\forall n,m. O < n \to n \divides m \to (m \mod n) = O.
-intros.apply (div_mod_spec_to_eq2 m n (m / n) (m \mod n) (m / n) O).
-apply div_mod_spec_div_mod.assumption.
-apply divides_to_div_mod_spec.assumption.assumption.
-qed.
-
-theorem mod_O_to_divides:
-\forall n,m. O< n \to (m \mod n) = O \to  n \divides m.
-intros.
-apply (witness n m (m / n)).
-rewrite > (plus_n_O (n * (m / n))).
-rewrite < H1.
-rewrite < sym_times.
-(* Andrea: perche' hint non lo trova ?*)
-apply div_mod.
-assumption.
-qed.
-
-theorem divides_n_O: \forall n:nat. n \divides O.
-intro. apply (witness n O O).apply times_n_O.
-qed.
-
-theorem divides_n_n: \forall n:nat. n \divides n.
-intro. apply (witness n n (S O)).apply times_n_SO.
-qed.
-
-theorem divides_SO_n: \forall n:nat. (S O) \divides n.
-intro. apply (witness (S O) n n). simplify.apply plus_n_O.
-qed.
-
-theorem divides_plus: \forall n,p,q:nat. 
-n \divides p \to n \divides q \to n \divides p+q.
-intros.
-elim H.elim H1. apply (witness n (p+q) (n2+n1)).
-rewrite > H2.rewrite > H3.apply sym_eq.apply distr_times_plus.
-qed.
-
-theorem divides_minus: \forall n,p,q:nat. 
-divides n p \to divides n q \to divides n (p-q).
-intros.
-elim H.elim H1. apply (witness n (p-q) (n2-n1)).
-rewrite > H2.rewrite > H3.apply sym_eq.apply distr_times_minus.
-qed.
-
-theorem divides_times: \forall n,m,p,q:nat. 
-n \divides p \to m \divides q \to n*m \divides p*q.
-intros.
-elim H.elim H1. apply (witness (n*m) (p*q) (n2*n1)).
-rewrite > H2.rewrite > H3.
-apply (trans_eq nat ? (n*(m*(n2*n1)))).
-apply (trans_eq nat ? (n*(n2*(m*n1)))).
-apply assoc_times.
-apply eq_f.
-apply (trans_eq nat ? ((n2*m)*n1)).
-apply sym_eq. apply assoc_times.
-rewrite > (sym_times n2 m).apply assoc_times.
-apply sym_eq. apply assoc_times.
-qed.
-
-theorem transitive_divides: transitive ? divides.
-unfold.
-intros.
-elim H.elim H1. apply (witness x z (n2*n)).
-rewrite > H3.rewrite > H2.
-apply assoc_times.
-qed.
-
-variant trans_divides: \forall n,m,p. 
- n \divides m \to m \divides p \to n \divides p \def transitive_divides.
-
-theorem eq_mod_to_divides:\forall n,m,p. O< p \to
-mod n p = mod m p \to divides p (n-m).
-intros.
-cut (n \le m \or \not n \le m).
-elim Hcut.
-cut (n-m=O).
-rewrite > Hcut1.
-apply (witness p O O).
-apply times_n_O.
-apply eq_minus_n_m_O.
-assumption.
-apply (witness p (n-m) ((div n p)-(div m p))).
-rewrite > distr_times_minus.
-rewrite > sym_times.
-rewrite > (sym_times p).
-cut ((div n p)*p = n - (mod n p)).
-rewrite > Hcut1.
-rewrite > eq_minus_minus_minus_plus.
-rewrite > sym_plus.
-rewrite > H1.
-rewrite < div_mod.reflexivity.
-assumption.
-apply sym_eq.
-apply plus_to_minus.
-rewrite > sym_plus.
-apply div_mod.
-assumption.
-apply (decidable_le n m).
-qed.
-
-theorem antisymmetric_divides: antisymmetric nat divides.
-unfold antisymmetric.intros.elim H. elim H1.
-apply (nat_case1 n2).intro.
-rewrite > H3.rewrite > H2.rewrite > H4.
-rewrite < times_n_O.reflexivity.
-intros.
-apply (nat_case1 n).intro.
-rewrite > H2.rewrite > H3.rewrite > H5.
-rewrite < times_n_O.reflexivity.
-intros.
-apply antisymmetric_le.
-rewrite > H2.rewrite > times_n_SO in \vdash (? % ?).
-apply le_times_r.rewrite > H4.apply le_S_S.apply le_O_n.
-rewrite > H3.rewrite > times_n_SO in \vdash (? % ?).
-apply le_times_r.rewrite > H5.apply le_S_S.apply le_O_n.
-qed.
-
-(* divides le *)
-theorem divides_to_le : \forall n,m. O < m \to n \divides m \to n \le m.
-intros. elim H1.rewrite > H2.cut (O < n2).
-apply (lt_O_n_elim n2 Hcut).intro.rewrite < sym_times.
-simplify.rewrite < sym_plus.
-apply le_plus_n.
-elim (le_to_or_lt_eq O n2).
-assumption.
-absurd (O<m).assumption.
-rewrite > H2.rewrite < H3.rewrite < times_n_O.
-apply (not_le_Sn_n O).
-apply le_O_n.
-qed.
-
-theorem divides_to_lt_O : \forall n,m. O < m \to n \divides m \to O < n.
-intros.elim H1.
-elim (le_to_or_lt_eq O n (le_O_n n)).
-assumption.
-rewrite < H3.absurd (O < m).assumption.
-rewrite > H2.rewrite < H3.
-simplify.exact (not_le_Sn_n O).
-qed.
-
-(* boolean divides *)
-definition divides_b : nat \to nat \to bool \def
-\lambda n,m :nat. (eqb (m \mod n) O).
-  
-theorem divides_b_to_Prop :
-\forall n,m:nat. O < n \to
-match divides_b n m with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m].
-intros.
-change with 
-match eqb (m \mod n) O with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m].
-apply eqb_elim.
-intro.simplify.apply mod_O_to_divides.assumption.assumption.
-intro.simplify.unfold Not.intro.apply H1.apply divides_to_mod_O.assumption.assumption.
-qed.
-
-theorem divides_b_true_to_divides :
-\forall n,m:nat. O < n \to
-(divides_b n m = true ) \to n \divides m.
-intros.
-change with 
-match true with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m].
-rewrite < H1.apply divides_b_to_Prop.
-assumption.
-qed.
-
-theorem divides_b_false_to_not_divides :
-\forall n,m:nat. O < n \to
-(divides_b n m = false ) \to n \ndivides m.
-intros.
-change with 
-match false with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m].
-rewrite < H1.apply divides_b_to_Prop.
-assumption.
-qed.
-
-theorem decidable_divides: \forall n,m:nat.O < n \to
-decidable (n \divides m).
-intros.change with ((n \divides m) \lor n \ndivides m).
-cut 
-(match divides_b n m with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m] \to n \divides m \lor n \ndivides m).
-apply Hcut.apply divides_b_to_Prop.assumption.
-elim (divides_b n m).left.apply H1.right.apply H1.
-qed.
-
-theorem divides_to_divides_b_true : \forall n,m:nat. O < n \to
-n \divides m \to divides_b n m = true.
-intros.
-cut (match (divides_b n m) with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m] \to ((divides_b n m) = true)).
-apply Hcut.apply divides_b_to_Prop.assumption.
-elim (divides_b n m).reflexivity.
-absurd (n \divides m).assumption.assumption.
-qed.
-
-theorem not_divides_to_divides_b_false: \forall n,m:nat. O < n \to
-\lnot(n \divides m) \to (divides_b n m) = false.
-intros.
-cut (match (divides_b n m) with
-[ true \Rightarrow n \divides m
-| false \Rightarrow n \ndivides m] \to ((divides_b n m) = false)).
-apply Hcut.apply divides_b_to_Prop.assumption.
-elim (divides_b n m).
-absurd (n \divides m).assumption.assumption.
-reflexivity.
-qed.
-
-(* divides and pi *)
-theorem divides_f_pi_f : \forall f:nat \to nat.\forall n,m,i:nat. 
-m \le i \to i \le n+m \to f i \divides pi n f m.
-intros 5.elim n.simplify.
-cut (i = m).rewrite < Hcut.apply divides_n_n.
-apply antisymmetric_le.assumption.assumption.
-simplify.
-cut (i < S n1+m \lor i = S n1 + m).
-elim Hcut.
-apply (transitive_divides ? (pi n1 f m)).
-apply H1.apply le_S_S_to_le. assumption.
-apply (witness ? ? (f (S n1+m))).apply sym_times.
-rewrite > H3.
-apply (witness ? ? (pi n1 f m)).reflexivity.
-apply le_to_or_lt_eq.assumption.
-qed.
-
-(*
-theorem mod_S_pi: \forall f:nat \to nat.\forall n,i:nat. 
-i < n \to (S O) < (f i) \to (S (pi n f)) \mod (f i) = (S O).
-intros.cut (pi n f) \mod (f i) = O.
-rewrite < Hcut.
-apply mod_S.apply trans_lt O (S O).apply le_n (S O).assumption.
-rewrite > Hcut.assumption.
-apply divides_to_mod_O.apply trans_lt O (S O).apply le_n (S O).assumption.
-apply divides_f_pi_f.assumption.
-qed.
-*)
-
-(* divides and fact *)
-theorem divides_fact : \forall n,i:nat. 
-O < i \to i \le n \to i \divides n!.
-intros 3.elim n.absurd (O<i).assumption.apply (le_n_O_elim i H1).
-apply (not_le_Sn_O O).
-change with (i \divides (S n1)*n1!).
-apply (le_n_Sm_elim i n1 H2).
-intro.
-apply (transitive_divides ? n1!).
-apply H1.apply le_S_S_to_le. assumption.
-apply (witness ? ? (S n1)).apply sym_times.
-intro.
-rewrite > H3.
-apply (witness ? ? n1!).reflexivity.
-qed.
-
-theorem mod_S_fact: \forall n,i:nat. 
-(S O) < i \to i \le n \to (S n!) \mod i = (S O).
-intros.cut (n! \mod i = O).
-rewrite < Hcut.
-apply mod_S.apply (trans_lt O (S O)).apply (le_n (S O)).assumption.
-rewrite > Hcut.assumption.
-apply divides_to_mod_O.apply (trans_lt O (S O)).apply (le_n (S O)).assumption.
-apply divides_fact.apply (trans_lt O (S O)).apply (le_n (S O)).assumption.
-assumption.
-qed.
-
-theorem not_divides_S_fact: \forall n,i:nat. 
-(S O) < i \to i \le n \to i \ndivides S n!.
-intros.
-apply divides_b_false_to_not_divides.
-apply (trans_lt O (S O)).apply (le_n (S O)).assumption.
-change with ((eqb ((S n!) \mod i) O) = false).
-rewrite > mod_S_fact.simplify.reflexivity.
-assumption.assumption.
-qed.
-
-(* prime *)
-definition prime : nat \to  Prop \def
-\lambda n:nat. (S O) < n \land 
-(\forall m:nat. m \divides n \to (S O) < m \to  m = n).
-
-theorem not_prime_O: \lnot (prime O).
-unfold Not.unfold prime.intro.elim H.apply (not_le_Sn_O (S O) H1).
-qed.
-
-theorem not_prime_SO: \lnot (prime (S O)).
-unfold Not.unfold prime.intro.elim H.apply (not_le_Sn_n (S O) H1).
-qed.
-
-(* smallest factor *)
-definition smallest_factor : nat \to nat \def
-\lambda n:nat. 
-match n with
-[ O \Rightarrow O
-| (S p) \Rightarrow 
-  match p with
-  [ O \Rightarrow (S O)
-  | (S q) \Rightarrow min_aux q (S(S q)) (\lambda m.(eqb ((S(S q)) \mod m) O))]].
-
-(* it works ! 
-theorem example1 : smallest_prime_factor (S(S(S O))) = (S(S(S O))).
-normalize.reflexivity.
-qed.
-
-theorem example2: smallest_prime_factor (S(S(S(S O)))) = (S(S O)).
-normalize.reflexivity.
-qed.
-
-theorem example3 : smallest_prime_factor (S(S(S(S(S(S(S O))))))) = (S(S(S(S(S(S(S O))))))).
-simplify.reflexivity.
-qed. *)
-
-theorem lt_SO_smallest_factor: 
-\forall n:nat. (S O) < n \to (S O) < (smallest_factor n).
-intro.
-apply (nat_case n).intro.apply False_ind.apply (not_le_Sn_O (S O) H).
-intro.apply (nat_case m).intro. apply False_ind.apply (not_le_Sn_n (S O) H).
-intros.
-change with 
-(S O < min_aux m1 (S(S m1)) (\lambda m.(eqb ((S(S m1)) \mod m) O))).
-apply (lt_to_le_to_lt ? (S (S O))).
-apply (le_n (S(S O))).
-cut ((S(S O)) = (S(S m1)) - m1).
-rewrite > Hcut.
-apply le_min_aux.
-apply sym_eq.apply plus_to_minus.
-rewrite < sym_plus.simplify.reflexivity.
-qed.
-
-theorem lt_O_smallest_factor: \forall n:nat. O < n \to O < (smallest_factor n).
-intro.
-apply (nat_case n).intro.apply False_ind.apply (not_le_Sn_n O H).
-intro.apply (nat_case m).intro.
-simplify.unfold lt.apply le_n.
-intros.apply (trans_lt ? (S O)).
-unfold lt.apply le_n.
-apply lt_SO_smallest_factor.unfold lt. apply le_S_S.
-apply le_S_S.apply le_O_n.
-qed.
-
-theorem divides_smallest_factor_n : 
-\forall n:nat. O < n \to smallest_factor n \divides n.
-intro.
-apply (nat_case n).intro.apply False_ind.apply (not_le_Sn_O O H).
-intro.apply (nat_case m).intro. simplify.
-apply (witness ? ? (S O)). simplify.reflexivity.
-intros.
-apply divides_b_true_to_divides.
-apply (lt_O_smallest_factor ? H).
-change with 
-(eqb ((S(S m1)) \mod (min_aux m1 (S(S m1)) 
-  (\lambda m.(eqb ((S(S m1)) \mod m) O)))) O = true).
-apply f_min_aux_true.
-apply (ex_intro nat ? (S(S m1))).
-split.split.
-apply le_minus_m.apply le_n.
-rewrite > mod_n_n.reflexivity.
-apply (trans_lt ? (S O)).apply (le_n (S O)).unfold lt.
-apply le_S_S.apply le_S_S.apply le_O_n.
-qed.
-  
-theorem le_smallest_factor_n : 
-\forall n:nat. smallest_factor n \le n.
-intro.apply (nat_case n).simplify.reflexivity.
-intro.apply (nat_case m).simplify.reflexivity.
-intro.apply divides_to_le.
-unfold lt.apply le_S_S.apply le_O_n.
-apply divides_smallest_factor_n.
-unfold lt.apply le_S_S.apply le_O_n.
-qed.
-
-theorem lt_smallest_factor_to_not_divides: \forall n,i:nat. 
-(S O) < n \to (S O) < i \to i < (smallest_factor n) \to i \ndivides n.
-intros 2.
-apply (nat_case n).intro.apply False_ind.apply (not_le_Sn_O (S O) H).
-intro.apply (nat_case m).intro. apply False_ind.apply (not_le_Sn_n (S O) H).
-intros.
-apply divides_b_false_to_not_divides.
-apply (trans_lt O (S O)).apply (le_n (S O)).assumption.
-change with ((eqb ((S(S m1)) \mod i) O) = false).
-apply (lt_min_aux_to_false 
-(\lambda i:nat.eqb ((S(S m1)) \mod i) O) (S(S m1)) m1 i).
-cut ((S(S O)) = (S(S m1)-m1)).
-rewrite < Hcut.exact H1.
-apply sym_eq. apply plus_to_minus.
-rewrite < sym_plus.simplify.reflexivity.
-exact H2.
-qed.
-
-theorem prime_smallest_factor_n : 
-\forall n:nat. (S O) < n \to prime (smallest_factor n).
-intro. change with ((S(S O)) \le n \to (S O) < (smallest_factor n) \land 
-(\forall m:nat. m \divides smallest_factor n \to (S O) < m \to  m = (smallest_factor n))).
-intro.split.
-apply lt_SO_smallest_factor.assumption.
-intros.
-cut (le m (smallest_factor n)).
-elim (le_to_or_lt_eq m (smallest_factor n) Hcut).
-absurd (m \divides n).
-apply (transitive_divides m (smallest_factor n)).
-assumption.
-apply divides_smallest_factor_n.
-apply (trans_lt ? (S O)). unfold lt. apply le_n. exact H.
-apply lt_smallest_factor_to_not_divides.
-exact H.assumption.assumption.assumption.
-apply divides_to_le.
-apply (trans_lt O (S O)).
-apply (le_n (S O)).
-apply lt_SO_smallest_factor.
-exact H.
-assumption.
-qed.
-
-theorem prime_to_smallest_factor: \forall n. prime n \to
-smallest_factor n = n.
-intro.apply (nat_case n).intro.apply False_ind.apply (not_prime_O H).
-intro.apply (nat_case m).intro.apply False_ind.apply (not_prime_SO H).
-intro.
-change with 
-((S O) < (S(S m1)) \land 
-(\forall m:nat. m \divides S(S m1) \to (S O) < m \to  m = (S(S m1))) \to 
-smallest_factor (S(S m1)) = (S(S m1))).
-intro.elim H.apply H2.
-apply divides_smallest_factor_n.
-apply (trans_lt ? (S O)).unfold lt. apply le_n.assumption.
-apply lt_SO_smallest_factor.
-assumption.
-qed.
-
-(* a number n > O is prime iff its smallest factor is n *)
-definition primeb \def \lambda n:nat.
-match n with
-[ O \Rightarrow false
-| (S p) \Rightarrow
-  match p with
-  [ O \Rightarrow false
-  | (S q) \Rightarrow eqb (smallest_factor (S(S q))) (S(S q))]].
-
-(* it works! 
-theorem example4 : primeb (S(S(S O))) = true.
-normalize.reflexivity.
-qed.
-
-theorem example5 : primeb (S(S(S(S(S(S O)))))) = false.
-normalize.reflexivity.
-qed.
-
-theorem example6 : primeb (S(S(S(S((S(S(S(S(S(S(S O)))))))))))) = true.
-normalize.reflexivity.
-qed.
-
-theorem example7 : primeb (S(S(S(S(S(S((S(S(S(S((S(S(S(S(S(S(S O))))))))))))))))))) = true.
-normalize.reflexivity.
-qed. *)
-
-theorem primeb_to_Prop: \forall n.
-match primeb n with
-[ true \Rightarrow prime n
-| false \Rightarrow \lnot (prime n)].
-intro.
-apply (nat_case n).simplify.unfold Not.unfold prime.intro.elim H.apply (not_le_Sn_O (S O) H1).
-intro.apply (nat_case m).simplify.unfold Not.unfold prime.intro.elim H.apply (not_le_Sn_n (S O) H1).
-intro.
-change with 
-match eqb (smallest_factor (S(S m1))) (S(S m1)) with
-[ true \Rightarrow prime (S(S m1))
-| false \Rightarrow \lnot (prime (S(S m1)))].
-apply (eqb_elim (smallest_factor (S(S m1))) (S(S m1))).
-intro.change with (prime (S(S m1))).
-rewrite < H.
-apply prime_smallest_factor_n.
-unfold lt.apply le_S_S.apply le_S_S.apply le_O_n.
-intro.change with (\lnot (prime (S(S m1)))).
-change with (prime (S(S m1)) \to False).
-intro.apply H.
-apply prime_to_smallest_factor.
-assumption.
-qed.
-
-theorem primeb_true_to_prime : \forall n:nat.
-primeb n = true \to prime n.
-intros.change with
-match true with 
-[ true \Rightarrow prime n
-| false \Rightarrow \lnot (prime n)].
-rewrite < H.
-apply primeb_to_Prop.
-qed.
-
-theorem primeb_false_to_not_prime : \forall n:nat.
-primeb n = false \to \lnot (prime n).
-intros.change with
-match false with 
-[ true \Rightarrow prime n
-| false \Rightarrow \lnot (prime n)].
-rewrite < H.
-apply primeb_to_Prop.
-qed.
-
-theorem decidable_prime : \forall n:nat.decidable (prime n).
-intro.change with ((prime n) \lor \lnot (prime n)).
-cut 
-(match primeb n with
-[ true \Rightarrow prime n
-| false \Rightarrow \lnot (prime n)] \to (prime n) \lor \lnot (prime n)).
-apply Hcut.apply primeb_to_Prop.
-elim (primeb n).left.apply H.right.apply H.
-qed.
-
-theorem prime_to_primeb_true: \forall n:nat. 
-prime n \to primeb n = true.
-intros.
-cut (match (primeb n) with
-[ true \Rightarrow prime n
-| false \Rightarrow \lnot (prime n)] \to ((primeb n) = true)).
-apply Hcut.apply primeb_to_Prop.
-elim (primeb n).reflexivity.
-absurd (prime n).assumption.assumption.
-qed.
-
-theorem not_prime_to_primeb_false: \forall n:nat. 
-\lnot(prime n) \to primeb n = false.
-intros.
-cut (match (primeb n) with
-[ true \Rightarrow prime n
-| false \Rightarrow \lnot (prime n)] \to ((primeb n) = false)).
-apply Hcut.apply primeb_to_Prop.
-elim (primeb n).
-absurd (prime n).assumption.assumption.
-reflexivity.
-qed.
-