Theorem nnpw2pmod 42377

Description: Every positive integer can be represented as the sum of a power of 2 and a "remainder" smaller than the power. (Contributed by AV, 31-May-2020.)

Assertion

Ref	Expression
nnpw2pmod	⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 = ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1)))))

Proof of Theorem nnpw2pmod

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnre 11027	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ)
2		2nn 11185	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℕ
3	2	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℕ)
4		blennnelnn 42370	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (#b‘𝑁) ∈ ℕ)
5		nnm1nn0 11334	. . . . . . . 8 ⊢ ((#b‘𝑁) ∈ ℕ → ((#b‘𝑁) − 1) ∈ ℕ0)
6	4, 5	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((#b‘𝑁) − 1) ∈ ℕ0)
7	3, 6	nnexpcld 13030	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ∈ ℕ)
8	7	nnrpd 11870	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ∈ ℝ+)
9		modeqmodmin 12740	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℝ ∧ (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ∈ ℝ+) → (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
10	1, 8, 9	syl2anc 693	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
11	7	nnred 11035	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ∈ ℝ)
12	1, 11	resubcld 10458	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∈ ℝ)
13		nnpw2blen 42374	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) ≤ 𝑁 ∧ 𝑁 < (2↑(#b‘𝑁))))
14	1, 11	subge0d 10617	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (0 ≤ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ↔ (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ≤ 𝑁))
15	1, 11, 11	ltsubadd2d 10625	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) < (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ↔ 𝑁 < ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (2↑((#b‘𝑁) − 1)))))
16		2cn 11091	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℂ
17		exp1 12866	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2 ∈ ℂ → (2↑1) = 2)
18	17	eqcomd 2628	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℂ → 2 = (2↑1))
19	16, 18	mp1i 13	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 2 = (2↑1))
20	19	oveq1d 6665	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2 · (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = ((2↑1) · (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
21	7	nncnd 11036	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ∈ ℂ)
22	21	2timesd 11275	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2 · (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
23	16	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
24		1nn0 11308	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1 ∈ ℕ0
25	24	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℕ0)
26	23, 6, 25	expaddd 13010	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2↑(1 + ((#b‘𝑁) − 1))) = ((2↑1) · (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
27		1cnd 10056	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
28	4	nncnd 11036	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (#b‘𝑁) ∈ ℂ)
29	27, 28	pncan3d 10395	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (1 + ((#b‘𝑁) − 1)) = (#b‘𝑁))
30	29	oveq2d 6666	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (2↑(1 + ((#b‘𝑁) − 1))) = (2↑(#b‘𝑁)))
31	26, 30	eqtr3d 2658	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((2↑1) · (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = (2↑(#b‘𝑁)))
32	20, 22, 31	3eqtr3d 2664	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = (2↑(#b‘𝑁)))
33	32	breq2d 4665	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 < ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ↔ 𝑁 < (2↑(#b‘𝑁))))
34	15, 33	bitrd 268	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) < (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ↔ 𝑁 < (2↑(#b‘𝑁))))
35	14, 34	anbi12d 747	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((0 ≤ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∧ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) < (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ↔ ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) ≤ 𝑁 ∧ 𝑁 < (2↑(#b‘𝑁)))))
36	13, 35	mpbird 247	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (0 ≤ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∧ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) < (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
37		modid 12695	. . . . 5 ⊢ ((((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∈ ℝ ∧ (2↑((#b‘𝑁) − 1)) ∈ ℝ+) ∧ (0 ≤ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∧ (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) < (2↑((#b‘𝑁) − 1)))) → ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
38	12, 8, 36, 37	syl21anc 1325	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
39	10, 38	eqtr2d 2657	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))))
40		nncn 11028	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
41		nnz 11399	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
42	41, 7	zmodcld 12691	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∈ ℕ0)
43	42	nn0cnd 11353	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ∈ ℂ)
44	40, 21, 43	subaddd 10410	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 − (2↑((#b‘𝑁) − 1))) = (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1))) ↔ ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1)))) = 𝑁))
45	39, 44	mpbid 222	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1)))) = 𝑁)
46	45	eqcomd 2628	1 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 = ((2↑((#b‘𝑁) − 1)) + (𝑁 mod (2↑((#b‘𝑁) − 1)))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 384   = wceq 1483   ∈ wcel 1990   class class class wbr 4653  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  ℂcc 9934  ℝcr 9935  0cc0 9936  1c1 9937   + caddc 9939   · cmul 9941   < clt 10074   ≤ cle 10075   − cmin 10266  ℕcn 11020  2c2 11070  ℕ₀cn0 11292  ℝ⁺crp 11832   mod cmo 12668  ↑cexp 12860  #_bcblen 42363

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-inf2 8538  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014  ax-addf 10015  ax-mulf 10016

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-fal 1489  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-iin 4523  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-se 5074  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-isom 5897  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-of 6897  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-supp 7296  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-2o 7561  df-oadd 7564  df-er 7742  df-map 7859  df-pm 7860  df-ixp 7909  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-fsupp 8276  df-fi 8317  df-sup 8348  df-inf 8349  df-oi 8415  df-card 8765  df-cda 8990  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-4 11081  df-5 11082  df-6 11083  df-7 11084  df-8 11085  df-9 11086  df-n0 11293  df-z 11378  df-dec 11494  df-uz 11688  df-q 11789  df-rp 11833  df-xneg 11946  df-xadd 11947  df-xmul 11948  df-ioo 12179  df-ioc 12180  df-ico 12181  df-icc 12182  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-fl 12593  df-mod 12669  df-seq 12802  df-exp 12861  df-fac 13061  df-bc 13090  df-hash 13118  df-shft 13807  df-cj 13839  df-re 13840  df-im 13841  df-sqrt 13975  df-abs 13976  df-limsup 14202  df-clim 14219  df-rlim 14220  df-sum 14417  df-ef 14798  df-sin 14800  df-cos 14801  df-pi 14803  df-struct 15859  df-ndx 15860  df-slot 15861  df-base 15863  df-sets 15864  df-ress 15865  df-plusg 15954  df-mulr 15955  df-starv 15956  df-sca 15957  df-vsca 15958  df-ip 15959  df-tset 15960  df-ple 15961  df-ds 15964  df-unif 15965  df-hom 15966  df-cco 15967  df-rest 16083  df-topn 16084  df-0g 16102  df-gsum 16103  df-topgen 16104  df-pt 16105  df-prds 16108  df-xrs 16162  df-qtop 16167  df-imas 16168  df-xps 16170  df-mre 16246  df-mrc 16247  df-acs 16249  df-mgm 17242  df-sgrp 17284  df-mnd 17295  df-submnd 17336  df-mulg 17541  df-cntz 17750  df-cmn 18195  df-psmet 19738  df-xmet 19739  df-met 19740  df-bl 19741  df-mopn 19742  df-fbas 19743  df-fg 19744  df-cnfld 19747  df-top 20699  df-topon 20716  df-topsp 20737  df-bases 20750  df-cld 20823  df-ntr 20824  df-cls 20825  df-nei 20902  df-lp 20940  df-perf 20941  df-cn 21031  df-cnp 21032  df-haus 21119  df-tx 21365  df-hmeo 21558  df-fil 21650  df-fm 21742  df-flim 21743  df-flf 21744  df-xms 22125  df-ms 22126  df-tms 22127  df-cncf 22681  df-limc 23630  df-dv 23631  df-log 24303  df-cxp 24304  df-logb 24503  df-blen 42364

This theorem is referenced by:  nnpw2p  42380