]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - matita/library/nat/primes.ma
Towards chebyshev.
[helm.git] / matita / library / nat / primes.ma
index c5fe7bd298990a596e523bbc8282cd85f8e244ef..ec7118980e1a82a53609a14bd76c0371e6a83585 100644 (file)
@@ -190,10 +190,107 @@ rewrite > H2.rewrite < H3.
 simplify.exact (not_le_Sn_n O).
 qed.
 
+(*a variant of or_div_mod *)
+theorem or_div_mod1: \forall n,q. O < q \to
+(divides q (S n)) \land S n = (S (div n q)) * q \lor
+(\lnot (divides q (S n)) \land S n= (div n q) * q + S (n\mod q)).
+intros.elim (or_div_mod n q H);elim H1
+  [left.split
+    [apply (witness ? ? (S (n/q))).
+     rewrite > sym_times.assumption
+    |assumption
+    ]
+  |right.split
+    [intro.
+     apply (not_eq_O_S (n \mod q)).
+     (* come faccio a fare unfold nelleipotesi ? *)
+     cut ((S n) \mod q = O)
+      [rewrite < Hcut.
+       apply (div_mod_spec_to_eq2 (S n) q (div (S n) q) (mod (S n) q) (div n q) (S (mod n q)))
+        [apply div_mod_spec_div_mod.
+         assumption
+        |apply div_mod_spec_intro;assumption
+        ]
+      |apply divides_to_mod_O;assumption
+      ]
+    |assumption
+    ]
+  ]
+qed.
+
+theorem divides_to_div: \forall n,m.divides n m \to m/n*n = m.
+intro.
+elim (le_to_or_lt_eq O n (le_O_n n))
+  [rewrite > plus_n_O.
+   rewrite < (divides_to_mod_O ? ? H H1).
+   apply sym_eq.
+   apply div_mod.
+   assumption
+  |elim H1.
+   generalize in match H2.
+   rewrite < H.
+   simplify.
+   intro.
+   rewrite > H3.
+   reflexivity
+  ]
+qed.
+
+theorem divides_div: \forall d,n. divides d n \to divides (n/d) n.
+intros.
+apply (witness ? ? d).
+apply sym_eq.
+apply divides_to_div.
+assumption.
+qed.
+
+theorem div_div: \forall n,d:nat. O < n \to divides d n \to 
+n/(n/d) = d.
+intros.
+apply (inj_times_l1 (n/d))
+  [apply (lt_times_n_to_lt d)
+    [apply (divides_to_lt_O ? ? H H1).
+    |rewrite > divides_to_div;assumption
+    ]
+  |rewrite > divides_to_div
+    [rewrite > sym_times.
+     rewrite > divides_to_div
+      [reflexivity
+      |assumption
+      ]
+    |apply (witness ? ? d).
+     apply sym_eq.
+     apply divides_to_div.
+     assumption
+    ]
+  ]
+qed.
+
+theorem divides_to_eq_times_div_div_times: \forall a,b,c:nat.
+O \lt b \to c \divides b \to a * (b /c) = (a*b)/c.
+intros.
+elim H1.
+rewrite > H2.
+rewrite > (sym_times c n2).
+cut(O \lt c)
+[ rewrite > (lt_O_to_div_times n2 c)
+  [ rewrite < assoc_times.
+    rewrite > (lt_O_to_div_times (a *n2) c)
+    [ reflexivity
+    | assumption
+    ]
+  | assumption
+  ]  
+| apply (divides_to_lt_O c b);
+    assumption.
+]
+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
@@ -205,7 +302,7 @@ 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 :
+theorem divides_b_true_to_divides1:
 \forall n,m:nat. O < n \to
 (divides_b n m = true ) \to n \divides m.
 intros.
@@ -217,7 +314,22 @@ rewrite < H1.apply divides_b_to_Prop.
 assumption.
 qed.
 
-theorem divides_b_false_to_not_divides :
+theorem divides_b_true_to_divides:
+\forall n,m:nat. divides_b n m = true \to n \divides m.
+intros 2.apply (nat_case n)
+  [apply (nat_case m)
+    [intro.apply divides_n_n
+    |simplify.intros.apply False_ind.
+     apply not_eq_true_false.apply sym_eq.
+     assumption
+    ]
+  |intros.
+   apply divides_b_true_to_divides1
+    [apply lt_O_S|assumption]
+  ]
+qed.
+
+theorem divides_b_false_to_not_divides1:
 \forall n,m:nat. O < n \to
 (divides_b n m = false ) \to n \ndivides m.
 intros.
@@ -229,6 +341,22 @@ rewrite < H1.apply divides_b_to_Prop.
 assumption.
 qed.
 
+theorem divides_b_false_to_not_divides:
+\forall n,m:nat. divides_b n m = false \to n \ndivides m.
+intros 2.apply (nat_case n)
+  [apply (nat_case m)
+    [simplify.unfold Not.intros.
+     apply not_eq_true_false.assumption
+    |unfold Not.intros.elim H1.
+     apply (not_eq_O_S m1).apply sym_eq.
+     assumption
+    ]
+  |intros.
+   apply divides_b_false_to_not_divides1
+    [apply lt_O_S|assumption]
+  ]
+qed.
+
 theorem decidable_divides: \forall n,m:nat.O < n \to
 decidable (n \divides m).
 intros.unfold decidable.
@@ -251,6 +379,22 @@ elim (divides_b n m).reflexivity.
 absurd (n \divides m).assumption.assumption.
 qed.
 
+theorem divides_to_divides_b_true1 : \forall n,m:nat.
+O < m \to n \divides m \to divides_b n m = true.
+intro.
+elim (le_to_or_lt_eq O n (le_O_n n))
+  [apply divides_to_divides_b_true
+    [assumption|assumption]
+  |apply False_ind.
+   rewrite < H in H2.
+   elim H2.
+   simplify in H3.
+   apply (not_le_Sn_O O).
+   rewrite > H3 in H1.
+   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.
@@ -263,6 +407,33 @@ absurd (n \divides m).assumption.assumption.
 reflexivity.
 qed.
 
+theorem divides_b_div_true: 
+\forall d,n. O < n \to 
+  divides_b d n = true \to divides_b (n/d) n = true.
+intros.
+apply divides_to_divides_b_true1
+  [assumption
+  |apply divides_div.
+   apply divides_b_true_to_divides.
+   assumption
+  ]
+qed.
+
+theorem divides_b_true_to_lt_O: \forall n,m. O < n \to divides_b m n = true \to O < m.
+intros.
+elim (le_to_or_lt_eq ? ? (le_O_n m))
+  [assumption
+  |apply False_ind.
+   elim H1.
+   rewrite < H2 in H1.
+   simplify in H1.
+   apply (lt_to_not_eq O n H).
+   apply sym_eq.
+   apply eqb_true_to_eq.
+   assumption
+  ]
+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.
@@ -323,10 +494,8 @@ 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.
 unfold divides_b.
-rewrite > mod_S_fact.simplify.reflexivity.
-assumption.assumption.
+rewrite > mod_S_fact[simplify.reflexivity|assumption|assumption].
 qed.
 
 (* prime *)
@@ -342,6 +511,15 @@ theorem not_prime_SO: \lnot (prime (S O)).
 unfold Not.unfold prime.intro.elim H.apply (not_le_Sn_n (S O) H1).
 qed.
 
+theorem prime_to_lt_O: \forall p. prime p \to O < p.
+intros.elim H.apply lt_to_le.assumption.
+qed.
+
+theorem prime_to_lt_SO: \forall p. prime p \to S O < p.
+intros.elim H.
+assumption.
+qed.
+
 (* smallest factor *)
 definition smallest_factor : nat \to nat \def
 \lambda n:nat. 
@@ -350,18 +528,18 @@ match n with
 | (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))]].
+  | (S q) \Rightarrow min_aux q (S (S O)) (\lambda m.(eqb ((S(S q)) \mod m) O))]].
 
-(* it works ! 
-theorem example1 : smallest_prime_factor (S(S(S O))) = (S(S(S O))).
+(* it works !
+theorem example1 : smallest_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)).
+theorem example2: smallest_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))))))).
+theorem example3 : smallest_factor (S(S(S(S(S(S(S O))))))) = (S(S(S(S(S(S(S O))))))).
 simplify.reflexivity.
 qed. *)
 
@@ -372,7 +550,7 @@ 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))).
+(S O < min_aux m1 (S (S O)) (\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).
@@ -401,17 +579,19 @@ 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)) 
+(eqb ((S(S m1)) \mod (min_aux m1 (S (S O)) 
   (\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.
+apply (le_S_S_to_le (S (S O)) (S (S m1)) ?).
+apply (minus_le_O_to_le (S (S (S O))) (S (S (S m1))) ?).
+apply (le_n O).
+rewrite < sym_plus. simplify. apply le_n.
+apply (eq_to_eqb_true (mod (S (S m1)) (S (S m1))) O ?).
+apply (mod_n_n (S (S m1)) ?).
+apply (H).
 qed.
   
 theorem le_smallest_factor_n : 
@@ -431,14 +611,10 @@ 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.unfold divides_b.
 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.
+(\lambda i:nat.eqb ((S(S m1)) \mod i) O) (S (S O)) m1 i).
+assumption.
+assumption.
 qed.
 
 theorem prime_smallest_factor_n :