MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  2sqlem9 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 2sqlem9 25372
Description: Lemma for 2sq 25375. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
2sq.1 𝑆 = ran (𝑤 ∈ ℤ[i] ↦ ((abs‘𝑤)↑2))
2sqlem7.2 𝑌 = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))}
2sqlem9.5 (𝜑 → ∀𝑏 ∈ (1...(𝑀 − 1))∀𝑎𝑌 (𝑏𝑎𝑏𝑆))
2sqlem9.7 (𝜑𝑀𝑁)
2sqlem9.6 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
2sqlem9.4 (𝜑𝑁𝑌)
Assertion
Ref Expression
2sqlem9 (𝜑𝑀𝑆)
Distinct variable groups:   𝑎,𝑏,𝑤,𝑥,𝑦,𝑧   𝜑,𝑥,𝑦   𝑀,𝑎,𝑏,𝑥,𝑦,𝑧   𝑆,𝑎,𝑏,𝑥,𝑦,𝑧   𝑥,𝑁,𝑦,𝑧   𝑌,𝑎,𝑏,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑧,𝑤,𝑎,𝑏)   𝑆(𝑤)   𝑀(𝑤)   𝑁(𝑤,𝑎,𝑏)   𝑌(𝑧,𝑤)

Proof of Theorem 2sqlem9
Dummy variables 𝑢 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 2sqlem9.4 . . 3 (𝜑𝑁𝑌)
2 eqeq1 2774 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑁 → (𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
32anbi2d 606 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑁 → (((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))))
432rexbidv 3204 . . . . . 6 (𝑧 = 𝑁 → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))))
5 oveq1 6799 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑢 → (𝑥 gcd 𝑦) = (𝑢 gcd 𝑦))
65eqeq1d 2772 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑢 → ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ↔ (𝑢 gcd 𝑦) = 1))
7 oveq1 6799 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑢 → (𝑥↑2) = (𝑢↑2))
87oveq1d 6807 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑢 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)))
98eqeq2d 2780 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑢 → (𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2))))
106, 9anbi12d 608 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑢 → (((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ((𝑢 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)))))
11 oveq2 6800 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑣 → (𝑢 gcd 𝑦) = (𝑢 gcd 𝑣))
1211eqeq1d 2772 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑣 → ((𝑢 gcd 𝑦) = 1 ↔ (𝑢 gcd 𝑣) = 1))
13 oveq1 6799 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = 𝑣 → (𝑦↑2) = (𝑣↑2))
1413oveq2d 6808 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑣 → ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))
1514eqeq2d 2780 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑣 → (𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))))
1612, 15anbi12d 608 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑣 → (((𝑢 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))))
1710, 16cbvrex2v 3328 . . . . . 6 (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ∃𝑢 ∈ ℤ ∃𝑣 ∈ ℤ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))))
184, 17syl6bb 276 . . . . 5 (𝑧 = 𝑁 → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ∃𝑢 ∈ ℤ ∃𝑣 ∈ ℤ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))))
19 2sqlem7.2 . . . . 5 𝑌 = {𝑧 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))}
2018, 19elab2g 3502 . . . 4 (𝑁𝑌 → (𝑁𝑌 ↔ ∃𝑢 ∈ ℤ ∃𝑣 ∈ ℤ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))))
2120ibi 256 . . 3 (𝑁𝑌 → ∃𝑢 ∈ ℤ ∃𝑣 ∈ ℤ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))))
221, 21syl 17 . 2 (𝜑 → ∃𝑢 ∈ ℤ ∃𝑣 ∈ ℤ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))))
23 simpr 471 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) ∧ 𝑀 = 1) → 𝑀 = 1)
24 1z 11608 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℤ
25 zgz 15843 . . . . . . . . 9 (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℤ[i])
2624, 25ax-mp 5 . . . . . . . 8 1 ∈ ℤ[i]
27 sq1 13164 . . . . . . . . 9 (1↑2) = 1
2827eqcomi 2779 . . . . . . . 8 1 = (1↑2)
29 fveq2 6332 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 1 → (abs‘𝑥) = (abs‘1))
30 abs1 14244 . . . . . . . . . . . 12 (abs‘1) = 1
3129, 30syl6eq 2820 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 1 → (abs‘𝑥) = 1)
3231oveq1d 6807 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 1 → ((abs‘𝑥)↑2) = (1↑2))
3332eqeq2d 2780 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 1 → (1 = ((abs‘𝑥)↑2) ↔ 1 = (1↑2)))
3433rspcev 3458 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℤ[i] ∧ 1 = (1↑2)) → ∃𝑥 ∈ ℤ[i] 1 = ((abs‘𝑥)↑2))
3526, 28, 34mp2an 664 . . . . . . 7 𝑥 ∈ ℤ[i] 1 = ((abs‘𝑥)↑2)
36 2sq.1 . . . . . . . 8 𝑆 = ran (𝑤 ∈ ℤ[i] ↦ ((abs‘𝑤)↑2))
37362sqlem1 25362 . . . . . . 7 (1 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ[i] 1 = ((abs‘𝑥)↑2))
3835, 37mpbir 221 . . . . . 6 1 ∈ 𝑆
3923, 38syl6eqel 2857 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) ∧ 𝑀 = 1) → 𝑀𝑆)
40 2sqlem9.5 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∀𝑏 ∈ (1...(𝑀 − 1))∀𝑎𝑌 (𝑏𝑎𝑏𝑆))
4140ad2antrr 697 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → ∀𝑏 ∈ (1...(𝑀 − 1))∀𝑎𝑌 (𝑏𝑎𝑏𝑆))
42 2sqlem9.7 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀𝑁)
4342ad2antrr 697 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀𝑁)
4436, 192sqlem7 25369 . . . . . . . . . 10 𝑌 ⊆ (𝑆 ∩ ℕ)
45 inss2 3980 . . . . . . . . . 10 (𝑆 ∩ ℕ) ⊆ ℕ
4644, 45sstri 3759 . . . . . . . . 9 𝑌 ⊆ ℕ
4746, 1sseldi 3748 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
4847ad2antrr 697 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑁 ∈ ℕ)
49 2sqlem9.6 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
5049ad2antrr 697 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀 ∈ ℕ)
51 simprr 748 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀 ≠ 1)
52 eluz2b3 11964 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ (ℤ‘2) ↔ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ≠ 1))
5350, 51, 52sylanbrc 564 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀 ∈ (ℤ‘2))
54 simplrl 754 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑢 ∈ ℤ)
55 simplrr 755 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑣 ∈ ℤ)
56 simprll 756 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → (𝑢 gcd 𝑣) = 1)
57 simprlr 757 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))
58 eqid 2770 . . . . . . 7 (((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))
59 eqid 2770 . . . . . . 7 (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))
60 eqid 2770 . . . . . . 7 ((((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) / ((((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) gcd (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)))) = ((((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) / ((((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) gcd (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))))
61 eqid 2770 . . . . . . 7 ((((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) / ((((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) gcd (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)))) = ((((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) / ((((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) gcd (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))))
6236, 19, 41, 43, 48, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 612sqlem8 25371 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀𝑆)
6362anassrs 458 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) ∧ 𝑀 ≠ 1) → 𝑀𝑆)
6439, 63pm2.61dane 3029 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) → 𝑀𝑆)
6564ex 397 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) → (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) → 𝑀𝑆))
6665rexlimdvva 3185 . 2 (𝜑 → (∃𝑢 ∈ ℤ ∃𝑣 ∈ ℤ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) → 𝑀𝑆))
6722, 66mpd 15 1 (𝜑𝑀𝑆)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1630  wcel 2144  {cab 2756  wne 2942  wral 3060  wrex 3061  cin 3720   class class class wbr 4784  cmpt 4861  ran crn 5250  cfv 6031  (class class class)co 6792  1c1 10138   + caddc 10140  cmin 10467   / cdiv 10885  cn 11221  2c2 11271  cz 11578  cuz 11887  ...cfz 12532   mod cmo 12875  cexp 13066  abscabs 14181  cdvds 15188   gcd cgcd 15423  ℤ[i]cgz 15839
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1869  ax-4 1884  ax-5 1990  ax-6 2056  ax-7 2092  ax-8 2146  ax-9 2153  ax-10 2173  ax-11 2189  ax-12 2202  ax-13 2407  ax-ext 2750  ax-sep 4912  ax-nul 4920  ax-pow 4971  ax-pr 5034  ax-un 7095  ax-cnex 10193  ax-resscn 10194  ax-1cn 10195  ax-icn 10196  ax-addcl 10197  ax-addrcl 10198  ax-mulcl 10199  ax-mulrcl 10200  ax-mulcom 10201  ax-addass 10202  ax-mulass 10203  ax-distr 10204  ax-i2m1 10205  ax-1ne0 10206  ax-1rid 10207  ax-rnegex 10208  ax-rrecex 10209  ax-cnre 10210  ax-pre-lttri 10211  ax-pre-lttrn 10212  ax-pre-ltadd 10213  ax-pre-mulgt0 10214  ax-pre-sup 10215
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 827  df-3or 1071  df-3an 1072  df-tru 1633  df-ex 1852  df-nf 1857  df-sb 2049  df-eu 2621  df-mo 2622  df-clab 2757  df-cleq 2763  df-clel 2766  df-nfc 2901  df-ne 2943  df-nel 3046  df-ral 3065  df-rex 3066  df-reu 3067  df-rmo 3068  df-rab 3069  df-v 3351  df-sbc 3586  df-csb 3681  df-dif 3724  df-un 3726  df-in 3728  df-ss 3735  df-pss 3737  df-nul 4062  df-if 4224  df-pw 4297  df-sn 4315  df-pr 4317  df-tp 4319  df-op 4321  df-uni 4573  df-iun 4654  df-br 4785  df-opab 4845  df-mpt 4862  df-tr 4885  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6753  df-ov 6795  df-oprab 6796  df-mpt2 6797  df-om 7212  df-1st 7314  df-2nd 7315  df-wrecs 7558  df-recs 7620  df-rdg 7658  df-1o 7712  df-2o 7713  df-er 7895  df-en 8109  df-dom 8110  df-sdom 8111  df-fin 8112  df-sup 8503  df-inf 8504  df-pnf 10277  df-mnf 10278  df-xr 10279  df-ltxr 10280  df-le 10281  df-sub 10469  df-neg 10470  df-div 10886  df-nn 11222  df-2 11280  df-3 11281  df-n0 11494  df-z 11579  df-uz 11888  df-rp 12035  df-fz 12533  df-fl 12800  df-mod 12876  df-seq 13008  df-exp 13067  df-cj 14046  df-re 14047  df-im 14048  df-sqrt 14182  df-abs 14183  df-dvds 15189  df-gcd 15424  df-prm 15592  df-gz 15840
This theorem is referenced by:  2sqlem10  25373
  Copyright terms: Public domain W3C validator