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Theorem 4sqlem12 15707
 Description: Lemma for 4sq 15715. For any odd prime 𝑃, there is a 𝑘 < 𝑃 such that 𝑘𝑃 − 1 is a sum of two squares. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jul-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
4sq.1 𝑆 = {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))}
4sq.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
4sq.3 (𝜑𝑃 = ((2 · 𝑁) + 1))
4sq.4 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
4sqlem11.5 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}
4sqlem11.6 𝐹 = (𝑣𝐴 ↦ ((𝑃 − 1) − 𝑣))
Assertion
Ref Expression
4sqlem12 (𝜑 → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃))
Distinct variable groups:   𝑤,𝑛,𝑥,𝑦,𝑧   𝑘,𝑛,𝑣,𝐴   𝑛,𝐹   𝑢,𝑘,𝑛,𝑚,𝑁,𝑣   𝑃,𝑘,𝑚,𝑛,𝑢,𝑣   𝜑,𝑘,𝑚,𝑛,𝑢,𝑣   𝑆,𝑘,𝑚,𝑛,𝑢,𝑣
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝐴(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤,𝑢,𝑚)   𝑃(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝑆(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝐹(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤,𝑣,𝑢,𝑘,𝑚)   𝑁(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)

Proof of Theorem 4sqlem12
Dummy variable 𝑗 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 4sq.1 . . . 4 𝑆 = {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))}
2 4sq.2 . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
3 4sq.3 . . . 4 (𝜑𝑃 = ((2 · 𝑁) + 1))
4 4sq.4 . . . 4 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
5 4sqlem11.5 . . . 4 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}
6 4sqlem11.6 . . . 4 𝐹 = (𝑣𝐴 ↦ ((𝑃 − 1) − 𝑣))
71, 2, 3, 4, 5, 64sqlem11 15706 . . 3 (𝜑 → (𝐴 ∩ ran 𝐹) ≠ ∅)
8 n0 3964 . . 3 ((𝐴 ∩ ran 𝐹) ≠ ∅ ↔ ∃𝑗 𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹))
97, 8sylib 208 . 2 (𝜑 → ∃𝑗 𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹))
10 vex 3234 . . . . . . 7 𝑗 ∈ V
11 eqeq1 2655 . . . . . . . 8 (𝑢 = 𝑗 → (𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
1211rexbidv 3081 . . . . . . 7 (𝑢 = 𝑗 → (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
1310, 12, 5elab2 3386 . . . . . 6 (𝑗𝐴 ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
14 abid 2639 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)} ↔ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣))
155rexeqi 3173 . . . . . . . . 9 (∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣) ↔ ∃𝑣 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣))
16 oveq1 6697 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑚 = 𝑛 → (𝑚↑2) = (𝑛↑2))
1716oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑚 = 𝑛 → ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑛↑2) mod 𝑃))
1817eqeq2d 2661 . . . . . . . . . . . 12 (𝑚 = 𝑛 → (𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
1918cbvrexv 3202 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃))
20 eqeq1 2655 . . . . . . . . . . . 12 (𝑢 = 𝑣 → (𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
2120rexbidv 3081 . . . . . . . . . . 11 (𝑢 = 𝑣 → (∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
2219, 21syl5bb 272 . . . . . . . . . 10 (𝑢 = 𝑣 → (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
2322rexab 3402 . . . . . . . . 9 (∃𝑣 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣) ↔ ∃𝑣(∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
2414, 15, 233bitri 286 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)} ↔ ∃𝑣(∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
256rnmpt 5403 . . . . . . . . 9 ran 𝐹 = {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)}
2625eleq2i 2722 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ran 𝐹𝑗 ∈ {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)})
27 rexcom4 3256 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ (0...𝑁)∃𝑣(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ ∃𝑣𝑛 ∈ (0...𝑁)(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
28 r19.41v 3118 . . . . . . . . . 10 (∃𝑛 ∈ (0...𝑁)(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ (∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
2928exbii 1814 . . . . . . . . 9 (∃𝑣𝑛 ∈ (0...𝑁)(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ ∃𝑣(∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
3027, 29bitri 264 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ (0...𝑁)∃𝑣(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ ∃𝑣(∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
3124, 26, 303bitr4i 292 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ ran 𝐹 ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)∃𝑣(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)))
32 ovex 6718 . . . . . . . . 9 ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ V
33 oveq2 6698 . . . . . . . . . 10 (𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) → ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
3433eqeq2d 2661 . . . . . . . . 9 (𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) → (𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣) ↔ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
3532, 34ceqsexv 3273 . . . . . . . 8 (∃𝑣(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
3635rexbii 3070 . . . . . . 7 (∃𝑛 ∈ (0...𝑁)∃𝑣(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
3731, 36bitri 264 . . . . . 6 (𝑗 ∈ ran 𝐹 ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
3813, 37anbi12i 733 . . . . 5 ((𝑗𝐴𝑗 ∈ ran 𝐹) ↔ (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
39 elin 3829 . . . . 5 (𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹) ↔ (𝑗𝐴𝑗 ∈ ran 𝐹))
40 reeanv 3136 . . . . 5 (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)∃𝑛 ∈ (0...𝑁)(𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) ↔ (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
4138, 39, 403bitr4i 292 . . . 4 (𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹) ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)∃𝑛 ∈ (0...𝑁)(𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
42 eqtr2 2671 . . . . . 6 ((𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
4343ad2ant1 1102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℙ)
44 prmnn 15435 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
4543, 44syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℕ)
46 nnm1nn0 11372 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑃 ∈ ℕ → (𝑃 − 1) ∈ ℕ0)
4745, 46syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℕ0)
4847nn0red 11390 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℝ)
4945nnrpd 11908 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℝ+)
5047nn0ge0d 11392 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 ≤ (𝑃 − 1))
5145nnred 11073 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℝ)
5251ltm1d 10994 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) < 𝑃)
53 modid 12735 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝑃 − 1) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ+) ∧ (0 ≤ (𝑃 − 1) ∧ (𝑃 − 1) < 𝑃)) → ((𝑃 − 1) mod 𝑃) = (𝑃 − 1))
5448, 49, 50, 52, 53syl22anc 1367 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑃 − 1) mod 𝑃) = (𝑃 − 1))
5554oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑃 − 1) mod 𝑃) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
56 simp2r 1108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑛 ∈ (0...𝑁))
57 elfzelz 12380 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑛 ∈ (0...𝑁) → 𝑛 ∈ ℤ)
5856, 57syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑛 ∈ ℤ)
59 zsqcl2 12981 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑛 ∈ ℤ → (𝑛↑2) ∈ ℕ0)
6058, 59syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ∈ ℕ0)
6160nn0red 11390 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ∈ ℝ)
62 modlt 12719 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑛↑2) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ+) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) < 𝑃)
6361, 49, 62syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) < 𝑃)
64 zsqcl 12974 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑛 ∈ ℤ → (𝑛↑2) ∈ ℤ)
6558, 64syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ∈ ℤ)
6665, 45zmodcld 12731 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ ℕ0)
6766nn0zd 11518 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ)
68 prmz 15436 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
6943, 68syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℤ)
70 zltlem1 11468 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (((𝑛↑2) mod 𝑃) < 𝑃 ↔ ((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ (𝑃 − 1)))
7167, 69, 70syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑛↑2) mod 𝑃) < 𝑃 ↔ ((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ (𝑃 − 1)))
7263, 71mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ (𝑃 − 1))
7372, 54breqtrrd 4713 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ ((𝑃 − 1) mod 𝑃))
74 modsubdir 12779 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑃 − 1) ∈ ℝ ∧ (𝑛↑2) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ+) → (((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ ((𝑃 − 1) mod 𝑃) ↔ (((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) mod 𝑃) = (((𝑃 − 1) mod 𝑃) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
7548, 61, 49, 74syl3anc 1366 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ ((𝑃 − 1) mod 𝑃) ↔ (((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) mod 𝑃) = (((𝑃 − 1) mod 𝑃) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
7673, 75mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) mod 𝑃) = (((𝑃 − 1) mod 𝑃) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
77 simp3 1083 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
7855, 76, 773eqtr4rd 2696 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) = (((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) mod 𝑃))
79 simp2l 1107 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑚 ∈ (0...𝑁))
80 elfzelz 12380 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑚 ∈ (0...𝑁) → 𝑚 ∈ ℤ)
8179, 80syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑚 ∈ ℤ)
82 zsqcl 12974 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑚 ∈ ℤ → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
8381, 82syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
8447nn0zd 11518 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
8584, 65zsubcld 11525 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) ∈ ℤ)
86 moddvds 15038 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ (𝑚↑2) ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) ∈ ℤ) → (((𝑚↑2) mod 𝑃) = (((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) mod 𝑃) ↔ 𝑃 ∥ ((𝑚↑2) − ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)))))
8745, 83, 85, 86syl3anc 1366 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) mod 𝑃) = (((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)) mod 𝑃) ↔ 𝑃 ∥ ((𝑚↑2) − ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2)))))
8878, 87mpbid 222 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∥ ((𝑚↑2) − ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2))))
89 zsqcl2 12981 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑚 ∈ ℤ → (𝑚↑2) ∈ ℕ0)
9081, 89syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℕ0)
9190nn0cnd 11391 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℂ)
9247nn0cnd 11391 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
9360nn0cnd 11391 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ∈ ℂ)
9491, 92, 93subsub3d 10460 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) − ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2))) = (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) − (𝑃 − 1)))
9590, 60nn0addcld 11393 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ∈ ℕ0)
9695nn0cnd 11391 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ∈ ℂ)
9745nncnd 11074 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℂ)
98 1cnd 10094 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 1 ∈ ℂ)
9996, 97, 98subsub3d 10460 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) − (𝑃 − 1)) = ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) − 𝑃))
10094, 99eqtrd 2685 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) − ((𝑃 − 1) − (𝑛↑2))) = ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) − 𝑃))
10188, 100breqtrd 4711 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∥ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) − 𝑃))
102 nn0p1nn 11370 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ∈ ℕ0 → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℕ)
10395, 102syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℕ)
104103nnzd 11519 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℤ)
105 dvdssubr 15074 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑃 ∈ ℤ ∧ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℤ) → (𝑃 ∥ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ↔ 𝑃 ∥ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) − 𝑃)))
10669, 104, 105syl2anc 694 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 ∥ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ↔ 𝑃 ∥ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) − 𝑃)))
107101, 106mpbird 247 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∥ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1))
10845nnne0d 11103 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ≠ 0)
109 dvdsval2 15030 . . . . . . . . . . 11 ((𝑃 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ≠ 0 ∧ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℤ) → (𝑃 ∥ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ↔ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℤ))
11069, 108, 104, 109syl3anc 1366 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 ∥ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ↔ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℤ))
111107, 110mpbid 222 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℤ)
112 nnrp 11880 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℕ → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℝ+)
113 nnrp 11880 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℝ+)
114 rpdivcl 11894 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℝ+𝑃 ∈ ℝ+) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℝ+)
115112, 113, 114syl2an 493 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℝ+)
116103, 45, 115syl2anc 694 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℝ+)
117116rpgt0d 11913 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 < ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃))
118 elnnz 11425 . . . . . . . . . . 11 (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℕ ↔ (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℤ ∧ 0 < ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃)))
119111, 117, 118sylanbrc 699 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℕ)
120119nnge1d 11101 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 1 ≤ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃))
12195nn0red 11390 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ∈ ℝ)
122 2nn 11223 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℕ
12323ad2ant1 1102 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑁 ∈ ℕ)
124 nnmulcl 11081 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
125122, 123, 124sylancr 696 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
126125nnred 11073 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · 𝑁) ∈ ℝ)
127126resqcld 13075 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((2 · 𝑁)↑2) ∈ ℝ)
128 nnmulcl 11081 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((2 ∈ ℕ ∧ (2 · 𝑁) ∈ ℕ) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℕ)
129122, 125, 128sylancr 696 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℕ)
130129nnred 11073 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℝ)
131127, 130readdcld 10107 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))) ∈ ℝ)
132 1red 10093 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 1 ∈ ℝ)
133123nnsqcld 13069 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑁↑2) ∈ ℕ)
134 nnmulcl 11081 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2 ∈ ℕ ∧ (𝑁↑2) ∈ ℕ) → (2 · (𝑁↑2)) ∈ ℕ)
135122, 133, 134sylancr 696 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) ∈ ℕ)
136135nnred 11073 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) ∈ ℝ)
13790nn0red 11390 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℝ)
138133nnred 11073 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑁↑2) ∈ ℝ)
13981zred 11520 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑚 ∈ ℝ)
140 elfzle1 12382 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑚 ∈ (0...𝑁) → 0 ≤ 𝑚)
14179, 140syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 ≤ 𝑚)
142123nnred 11073 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑁 ∈ ℝ)
143 elfzle2 12383 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑚 ∈ (0...𝑁) → 𝑚𝑁)
14479, 143syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑚𝑁)
145 le2sq2 12979 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑚 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑚) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝑚𝑁)) → (𝑚↑2) ≤ (𝑁↑2))
146139, 141, 142, 144, 145syl22anc 1367 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ≤ (𝑁↑2))
14758zred 11520 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑛 ∈ ℝ)
148 elfzle1 12382 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛 ∈ (0...𝑁) → 0 ≤ 𝑛)
14956, 148syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 ≤ 𝑛)
150 elfzle2 12383 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛 ∈ (0...𝑁) → 𝑛𝑁)
15156, 150syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑛𝑁)
152 le2sq2 12979 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑛 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑛) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝑛𝑁)) → (𝑛↑2) ≤ (𝑁↑2))
153147, 149, 142, 151, 152syl22anc 1367 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ≤ (𝑁↑2))
154137, 61, 138, 138, 146, 153le2addd 10684 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ≤ ((𝑁↑2) + (𝑁↑2)))
155133nncnd 11074 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑁↑2) ∈ ℂ)
1561552timesd 11313 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) = ((𝑁↑2) + (𝑁↑2)))
157154, 156breqtrrd 4713 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ≤ (2 · (𝑁↑2)))
158 2lt4 11236 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 < 4
159 2re 11128 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2 ∈ ℝ
160159a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 2 ∈ ℝ)
161 4re 11135 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 ∈ ℝ
162161a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 4 ∈ ℝ)
163133nngt0d 11102 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 < (𝑁↑2))
164 ltmul1 10911 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2 ∈ ℝ ∧ 4 ∈ ℝ ∧ ((𝑁↑2) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝑁↑2))) → (2 < 4 ↔ (2 · (𝑁↑2)) < (4 · (𝑁↑2))))
165160, 162, 138, 163, 164syl112anc 1370 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 < 4 ↔ (2 · (𝑁↑2)) < (4 · (𝑁↑2))))
166158, 165mpbii 223 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) < (4 · (𝑁↑2)))
167 2cn 11129 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 ∈ ℂ
168123nncnd 11074 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑁 ∈ ℂ)
169 sqmul 12966 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℂ) → ((2 · 𝑁)↑2) = ((2↑2) · (𝑁↑2)))
170167, 168, 169sylancr 696 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((2 · 𝑁)↑2) = ((2↑2) · (𝑁↑2)))
171 sq2 13000 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (2↑2) = 4
172171oveq1i 6700 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2↑2) · (𝑁↑2)) = (4 · (𝑁↑2))
173170, 172syl6eq 2701 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((2 · 𝑁)↑2) = (4 · (𝑁↑2)))
174166, 173breqtrrd 4713 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) < ((2 · 𝑁)↑2))
175121, 136, 127, 157, 174lelttrd 10233 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) < ((2 · 𝑁)↑2))
176129nnrpd 11908 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℝ+)
177127, 176ltaddrpd 11943 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((2 · 𝑁)↑2) < (((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))))
178121, 127, 131, 175, 177lttrd 10236 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) < (((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))))
179121, 131, 132, 178ltadd1dd 10676 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) < ((((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))) + 1))
18033ad2ant1 1102 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 = ((2 · 𝑁) + 1))
181180oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃↑2) = (((2 · 𝑁) + 1)↑2))
18297sqvald 13045 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃↑2) = (𝑃 · 𝑃))
183125nncnd 11074 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
184 binom21 13020 . . . . . . . . . . . . 13 ((2 · 𝑁) ∈ ℂ → (((2 · 𝑁) + 1)↑2) = ((((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))) + 1))
185183, 184syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((2 · 𝑁) + 1)↑2) = ((((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))) + 1))
186181, 182, 1853eqtr3d 2693 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 · 𝑃) = ((((2 · 𝑁)↑2) + (2 · (2 · 𝑁))) + 1))
187179, 186breqtrrd 4713 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) < (𝑃 · 𝑃))
188103nnred 11073 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℝ)
18945nngt0d 11102 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 < 𝑃)
190 ltdivmul 10936 . . . . . . . . . . 11 (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ ∧ (𝑃 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑃)) → (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) < 𝑃 ↔ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) < (𝑃 · 𝑃)))
191188, 51, 51, 189, 190syl112anc 1370 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) < 𝑃 ↔ (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) < (𝑃 · 𝑃)))
192187, 191mpbird 247 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) < 𝑃)
193 1z 11445 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℤ
194 elfzm11 12449 . . . . . . . . . 10 ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ (1...(𝑃 − 1)) ↔ (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∧ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) < 𝑃)))
195193, 69, 194sylancr 696 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ (1...(𝑃 − 1)) ↔ (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∧ ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) < 𝑃)))
196111, 120, 192, 195mpbir3and 1264 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ (1...(𝑃 − 1)))
197 gzreim 15690 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℤ[i])
19881, 58, 197syl2anc 694 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℤ[i])
199 gzcn 15683 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℤ[i] → (𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℂ)
200198, 199syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℂ)
201200absvalsq2d 14226 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) = (((ℜ‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + ((ℑ‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2)))
202139, 147crred 14015 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (ℜ‘(𝑚 + (i · 𝑛))) = 𝑚)
203202oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((ℜ‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) = (𝑚↑2))
204139, 147crimd 14016 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (ℑ‘(𝑚 + (i · 𝑛))) = 𝑛)
205204oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((ℑ‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) = (𝑛↑2))
206203, 205oveq12d 6708 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((ℜ‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + ((ℑ‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2)) = ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)))
207201, 206eqtrd 2685 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) = ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)))
208207oveq1d 6705 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + 1) = (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1))
209103nncnd 11074 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℂ)
210209, 97, 108divcan1d 10840 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃) = (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1))
211208, 210eqtr4d 2688 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + 1) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃))
212 oveq1 6697 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) → (𝑘 · 𝑃) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃))
213212eqeq2d 2661 . . . . . . . . 9 (𝑘 = ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) → ((((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃) ↔ (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃)))
214 fveq2 6229 . . . . . . . . . . . 12 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → (abs‘𝑢) = (abs‘(𝑚 + (i · 𝑛))))
215214oveq1d 6705 . . . . . . . . . . 11 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → ((abs‘𝑢)↑2) = ((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2))
216215oveq1d 6705 . . . . . . . . . 10 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + 1))
217216eqeq1d 2653 . . . . . . . . 9 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → ((((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃) ↔ (((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + 1) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃)))
218213, 217rspc2ev 3355 . . . . . . . 8 ((((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ (1...(𝑃 − 1)) ∧ (𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℤ[i] ∧ (((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + 1) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃)) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃))
219196, 198, 211, 218syl3anc 1366 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃))
2202193expia 1286 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁))) → (((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃)))
22142, 220syl5 34 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁))) → ((𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃)))
222221rexlimdvva 3067 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)∃𝑛 ∈ (0...𝑁)(𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃)))
22341, 222syl5bi 232 . . 3 (𝜑 → (𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃)))
224223exlimdv 1901 . 2 (𝜑 → (∃𝑗 𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃)))
2259, 224mpd 15 1 (𝜑 → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑃 − 1))∃𝑢 ∈ ℤ[i] (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (𝑘 · 𝑃))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523  ∃wex 1744   ∈ wcel 2030  {cab 2637   ≠ wne 2823  ∃wrex 2942   ∩ cin 3606  ∅c0 3948   class class class wbr 4685   ↦ cmpt 4762  ran crn 5144  ‘cfv 5926  (class class class)co 6690  ℂcc 9972  ℝcr 9973  0cc0 9974  1c1 9975  ici 9976   + caddc 9977   · cmul 9979   < clt 10112   ≤ cle 10113   − cmin 10304   / cdiv 10722  ℕcn 11058  2c2 11108  4c4 11110  ℕ0cn0 11330  ℤcz 11415  ℝ+crp 11870  ...cfz 12364   mod cmo 12708  ↑cexp 12900  ℜcre 13881  ℑcim 13882  abscabs 14018   ∥ cdvds 15027  ℙcprime 15432  ℤ[i]cgz 15680 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-4 11119  df-n0 11331  df-xnn0 11402  df-z 11416  df-uz 11726  df-rp 11871  df-fz 12365  df-fl 12633  df-mod 12709  df-seq 12842  df-exp 12901  df-hash 13158  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-dvds 15028  df-gcd 15264  df-prm 15433  df-gz 15681 This theorem is referenced by:  4sqlem13  15708
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