]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - matita/library/nat/congruence.ma
branch for universe
[helm.git] / matita / library / nat / congruence.ma
diff --git a/matita/library/nat/congruence.ma b/matita/library/nat/congruence.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..753745d
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,193 @@
+(**************************************************************************)
+(*       ___                                                             *)
+(*      ||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         *)
+(*                                                                        *)
+(**************************************************************************)
+
+include "nat/relevant_equations.ma".
+include "nat/primes.ma".
+
+definition S_mod: nat \to nat \to nat \def
+\lambda n,m:nat. (S m) \mod n.
+
+definition congruent: nat \to nat \to nat \to Prop \def
+\lambda n,m,p:nat. mod n p = mod m p.
+
+interpretation "congruent" 'congruent n m p =
+  (cic:/matita/nat/congruence/congruent.con n m p).
+
+notation < "hvbox(n break \cong\sub p m)"
+  (*non associative*) with precedence 45
+for @{ 'congruent $n $m $p }.
+
+theorem congruent_n_n: \forall n,p:nat.congruent n n p.
+intros.unfold congruent.reflexivity.
+qed.
+
+theorem transitive_congruent: \forall p:nat. transitive nat 
+(\lambda n,m. congruent n m p).
+intros.unfold transitive.unfold congruent.intros.
+whd.apply (trans_eq ? ? (y \mod p)).
+apply H.apply H1.
+qed.
+
+theorem le_to_mod: \forall n,m:nat. n \lt m \to n = n \mod m.
+intros.
+apply (div_mod_spec_to_eq2 n m O n (n/m) (n \mod m)).
+constructor 1.assumption.simplify.reflexivity.
+apply div_mod_spec_div_mod.
+apply (le_to_lt_to_lt O n m).apply le_O_n.assumption.
+qed.
+
+theorem mod_mod : \forall n,p:nat. O<p \to n \mod p = (n \mod p) \mod p.
+intros.
+rewrite > (div_mod (n \mod p) p) in \vdash (? ? % ?).
+rewrite > (eq_div_O ? p).reflexivity.
+(* uffa: hint non lo trova lt vs. le*)
+apply lt_mod_m_m.
+assumption.
+assumption.
+qed.
+
+theorem mod_times_mod : \forall n,m,p:nat. O<p \to O<m \to n \mod p = (n \mod (m*p)) \mod p.
+intros.
+apply (div_mod_spec_to_eq2 n p (n/p) (n \mod p) 
+(n/(m*p)*m + (n \mod (m*p)/p))).
+apply div_mod_spec_div_mod.assumption.
+constructor 1.
+apply lt_mod_m_m.assumption.
+rewrite > times_plus_l.
+rewrite > assoc_plus.
+rewrite < div_mod.
+rewrite > assoc_times.
+rewrite < div_mod.
+reflexivity.
+rewrite > (times_n_O O).
+apply lt_times.
+assumption.assumption.assumption.
+qed.
+
+theorem congruent_n_mod_n : 
+\forall n,p:nat. O < p \to congruent n (n \mod p) p.
+intros.unfold congruent.
+apply mod_mod.assumption.
+qed.
+
+theorem congruent_n_mod_times : 
+\forall n,m,p:nat. O < p \to O < m \to congruent n (n \mod (m*p)) p.
+intros.unfold congruent.
+apply mod_times_mod.assumption.assumption.
+qed.
+
+theorem eq_times_plus_to_congruent: \forall n,m,p,r:nat. O< p \to 
+n = r*p+m \to congruent n m p.
+intros.unfold congruent.
+apply (div_mod_spec_to_eq2 n p (div n p) (mod n p) (r +(div m p)) (mod m p)).
+apply div_mod_spec_div_mod.assumption.
+constructor 1.
+apply lt_mod_m_m.assumption.
+(*cut (n = r * p + (m / p * p + m \mod p)).*)
+(*lapply (div_mod m p H). 
+rewrite > sym_times.
+rewrite > distr_times_plus.
+(*rewrite > (sym_times p (m/p)).*)
+(*rewrite > sym_times.*)
+rewrite > assoc_plus.
+autobatch paramodulation.
+rewrite < div_mod.
+assumption.
+assumption.
+*)
+rewrite > sym_times.
+rewrite > distr_times_plus.
+rewrite > sym_times.
+rewrite > (sym_times p).
+rewrite > assoc_plus.
+rewrite < div_mod.
+assumption.assumption.
+qed.
+
+theorem divides_to_congruent: \forall n,m,p:nat. O < p \to m \le n \to 
+divides p (n - m) \to congruent n m p.
+intros.elim H2.
+apply (eq_times_plus_to_congruent n m p n2).
+assumption.
+rewrite < sym_plus.
+apply minus_to_plus.assumption.
+rewrite > sym_times. assumption.
+qed.
+
+theorem congruent_to_divides: \forall n,m,p:nat.
+O < p \to congruent n m p \to divides p (n - m).
+intros.unfold congruent in H1.
+apply (witness ? ? ((n / p)-(m / p))).
+rewrite > sym_times.
+rewrite > (div_mod n p) in \vdash (? ? % ?).
+rewrite > (div_mod m p) in \vdash (? ? % ?).
+rewrite < (sym_plus (m \mod p)).
+rewrite < H1.
+rewrite < (eq_minus_minus_minus_plus ? (n \mod p)).
+rewrite < minus_plus_m_m.
+apply sym_eq.
+apply times_minus_l.
+assumption.assumption.
+qed.
+
+theorem mod_times: \forall n,m,p:nat. 
+O < p \to mod (n*m) p = mod ((mod n p)*(mod m p)) p.
+intros.
+change with (congruent (n*m) ((mod n p)*(mod m p)) p).
+apply (eq_times_plus_to_congruent ? ? p 
+((n / p)*p*(m / p) + (n / p)*(m \mod p) + (n \mod p)*(m / p))).
+assumption.
+apply (trans_eq ? ? (((n/p)*p+(n \mod p))*((m/p)*p+(m \mod p)))).
+apply eq_f2.
+apply div_mod.assumption.
+apply div_mod.assumption.
+apply (trans_eq ? ? (((n/p)*p)*((m/p)*p) + (n/p)*p*(m \mod p) +
+(n \mod p)*((m / p)*p) + (n \mod p)*(m \mod p))).
+apply times_plus_plus.
+apply eq_f2.
+rewrite < assoc_times.
+rewrite > (assoc_times (n/p) p (m \mod p)).
+rewrite > (sym_times p (m \mod p)).
+rewrite < (assoc_times (n/p) (m \mod p) p).
+rewrite < times_plus_l.
+rewrite < (assoc_times (n \mod p)).
+rewrite < times_plus_l.
+apply eq_f2.
+apply eq_f2.reflexivity.
+reflexivity.reflexivity.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem congruent_times: \forall n,m,n1,m1,p. O < p \to congruent n n1 p \to 
+congruent m m1 p \to congruent (n*m) (n1*m1) p.
+unfold congruent. 
+intros. 
+rewrite > (mod_times n m p H).
+rewrite > H1.
+rewrite > H2.
+apply sym_eq.
+apply mod_times.assumption.
+qed.
+
+theorem congruent_pi: \forall f:nat \to nat. \forall n,m,p:nat.O < p \to
+congruent (pi n f m) (pi n (\lambda m. mod (f m) p) m) p.
+intros.
+elim n. simplify.
+apply congruent_n_mod_n.assumption.
+simplify.
+apply congruent_times.
+assumption.
+apply congruent_n_mod_n.assumption.
+assumption.
+qed.