MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  2sq Unicode version

Theorem 2sq 20838
Description: All primes of the form  4 k  +  1 are sums of two squares. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Jun-2015.)
Assertion
Ref Expression
2sq  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  ( P  mod  4 )  =  1 )  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  P  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
Distinct variable group:    x, y, P

Proof of Theorem 2sq
Dummy variables  a 
b  w  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eqid 2366 . . 3  |-  ran  (
w  e.  ZZ [
_i ]  |->  ( ( abs `  w ) ^ 2 ) )  =  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w ) ^ 2 ) )
2 oveq1 5988 . . . . . . 7  |-  ( a  =  x  ->  (
a  gcd  b )  =  ( x  gcd  b ) )
32eqeq1d 2374 . . . . . 6  |-  ( a  =  x  ->  (
( a  gcd  b
)  =  1  <->  (
x  gcd  b )  =  1 ) )
4 oveq1 5988 . . . . . . . 8  |-  ( a  =  x  ->  (
a ^ 2 )  =  ( x ^
2 ) )
54oveq1d 5996 . . . . . . 7  |-  ( a  =  x  ->  (
( a ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) ) )
65eqeq2d 2377 . . . . . 6  |-  ( a  =  x  ->  (
z  =  ( ( a ^ 2 )  +  ( b ^
2 ) )  <->  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( b ^ 2 ) ) ) )
73, 6anbi12d 691 . . . . 5  |-  ( a  =  x  ->  (
( ( a  gcd  b )  =  1  /\  z  =  ( ( a ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) ) )  <->  ( ( x  gcd  b )  =  1  /\  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( b ^ 2 ) ) ) ) )
8 oveq2 5989 . . . . . . 7  |-  ( b  =  y  ->  (
x  gcd  b )  =  ( x  gcd  y ) )
98eqeq1d 2374 . . . . . 6  |-  ( b  =  y  ->  (
( x  gcd  b
)  =  1  <->  (
x  gcd  y )  =  1 ) )
10 oveq1 5988 . . . . . . . 8  |-  ( b  =  y  ->  (
b ^ 2 )  =  ( y ^
2 ) )
1110oveq2d 5997 . . . . . . 7  |-  ( b  =  y  ->  (
( x ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
1211eqeq2d 2377 . . . . . 6  |-  ( b  =  y  ->  (
z  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( b ^
2 ) )  <->  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) )
139, 12anbi12d 691 . . . . 5  |-  ( b  =  y  ->  (
( ( x  gcd  b )  =  1  /\  z  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) ) )  <->  ( ( x  gcd  y )  =  1  /\  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) ) )
147, 13cbvrex2v 2858 . . . 4  |-  ( E. a  e.  ZZ  E. b  e.  ZZ  (
( a  gcd  b
)  =  1  /\  z  =  ( ( a ^ 2 )  +  ( b ^
2 ) ) )  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  (
( x  gcd  y
)  =  1  /\  z  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^
2 ) ) ) )
1514abbii 2478 . . 3  |-  { z  |  E. a  e.  ZZ  E. b  e.  ZZ  ( ( a  gcd  b )  =  1  /\  z  =  ( ( a ^
2 )  +  ( b ^ 2 ) ) ) }  =  { z  |  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  ( ( x  gcd  y )  =  1  /\  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) }
161, 152sqlem11 20837 . 2  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  ( P  mod  4 )  =  1 )  ->  P  e.  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w
) ^ 2 ) ) )
1712sqlem2 20826 . 2  |-  ( P  e.  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w ) ^ 2 ) )  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  P  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
1816, 17sylib 188 1  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  ( P  mod  4 )  =  1 )  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  P  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 358    = wceq 1647    e. wcel 1715   {cab 2352   E.wrex 2629    e. cmpt 4179   ran crn 4793   ` cfv 5358  (class class class)co 5981   1c1 8885    + caddc 8887   2c2 9942   4c4 9944   ZZcz 10175    mod cmo 11137   ^cexp 11269   abscabs 11926    gcd cgcd 12893   Primecprime 12966   ZZ [ _i ]cgz 13184
This theorem is referenced by:  2sqb  20840
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1551  ax-5 1562  ax-17 1621  ax-9 1659  ax-8 1680  ax-13 1717  ax-14 1719  ax-6 1734  ax-7 1739  ax-11 1751  ax-12 1937  ax-ext 2347  ax-rep 4233  ax-sep 4243  ax-nul 4251  ax-pow 4290  ax-pr 4316  ax-un 4615  ax-inf2 7489  ax-cnex 8940  ax-resscn 8941  ax-1cn 8942  ax-icn 8943  ax-addcl 8944  ax-addrcl 8945  ax-mulcl 8946  ax-mulrcl 8947  ax-mulcom 8948  ax-addass 8949  ax-mulass 8950  ax-distr 8951  ax-i2m1 8952  ax-1ne0 8953  ax-1rid 8954  ax-rnegex 8955  ax-rrecex 8956  ax-cnre 8957  ax-pre-lttri 8958  ax-pre-lttrn 8959  ax-pre-ltadd 8960  ax-pre-mulgt0 8961  ax-pre-sup 8962  ax-addf 8963  ax-mulf 8964
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 936  df-3an 937  df-tru 1324  df-ex 1547  df-nf 1550  df-sb 1654  df-eu 2221  df-mo 2222  df-clab 2353  df-cleq 2359  df-clel 2362  df-nfc 2491  df-ne 2531  df-nel 2532  df-ral 2633  df-rex 2634  df-reu 2635  df-rmo 2636  df-rab 2637  df-v 2875  df-sbc 3078  df-csb 3168  df-dif 3241  df-un 3243  df-in 3245  df-ss 3252  df-pss 3254  df-nul 3544  df-if 3655  df-pw 3716  df-sn 3735  df-pr 3736  df-tp 3737  df-op 3738  df-uni 3930  df-int 3965  df-iun 4009  df-iin 4010  df-br 4126  df-opab 4180  df-mpt 4181  df-tr 4216  df-eprel 4408  df-id 4412  df-po 4417  df-so 4418  df-fr 4455  df-se 4456  df-we 4457  df-ord 4498  df-on 4499  df-lim 4500  df-suc 4501  df-om 4760  df-xp 4798  df-rel 4799  df-cnv 4800  df-co 4801  df-dm 4802  df-rn 4803  df-res 4804  df-ima 4805  df-iota 5322  df-fun 5360  df-fn 5361  df-f 5362  df-f1 5363  df-fo 5364  df-f1o 5365  df-fv 5366  df-isom 5367  df-ov 5984  df-oprab 5985  df-mpt2 5986  df-of 6205  df-ofr 6206  df-1st 6249  df-2nd 6250  df-tpos 6376  df-riota 6446  df-recs 6530  df-rdg 6565  df-1o 6621  df-2o 6622  df-oadd 6625  df-er 6802  df-ec 6804  df-qs 6808  df-map 6917  df-pm 6918  df-ixp 6961  df-en 7007  df-dom 7008  df-sdom 7009  df-fin 7010  df-sup 7341  df-oi 7372  df-card 7719  df-cda 7941  df-pnf 9016  df-mnf 9017  df-xr 9018  df-ltxr 9019  df-le 9020  df-sub 9186  df-neg 9187  df-div 9571  df-nn 9894  df-2 9951  df-3 9952  df-4 9953  df-5 9954  df-6 9955  df-7 9956  df-8 9957  df-9 9958  df-10 9959  df-n0 10115  df-z 10176  df-dec 10276  df-uz 10382  df-q 10468  df-rp 10506  df-fz 10936  df-fzo 11026  df-fl 11089  df-mod 11138  df-seq 11211  df-exp 11270  df-hash 11506  df-cj 11791  df-re 11792  df-im 11793  df-sqr 11927  df-abs 11928  df-dvds 12740  df-gcd 12894  df-prm 12967  df-phi 13042  df-pc 13098  df-gz 13185  df-struct 13358  df-ndx 13359  df-slot 13360  df-base 13361  df-sets 13362  df-ress 13363  df-plusg 13429  df-mulr 13430  df-starv 13431  df-sca 13432  df-vsca 13433  df-tset 13435  df-ple 13436  df-ds 13438  df-unif 13439  df-hom 13440  df-cco 13441  df-prds 13558  df-pws 13560  df-0g 13614  df-gsum 13615  df-imas 13621  df-divs 13622  df-mre 13698  df-mrc 13699  df-acs 13701  df-mnd 14577  df-mhm 14625  df-submnd 14626  df-grp 14699  df-minusg 14700  df-sbg 14701  df-mulg 14702  df-subg 14828  df-nsg 14829  df-eqg 14830  df-ghm 14891  df-cntz 15003  df-cmn 15301  df-abl 15302  df-mgp 15536  df-rng 15550  df-cring 15551  df-ur 15552  df-oppr 15615  df-dvdsr 15633  df-unit 15634  df-invr 15664  df-rnghom 15706  df-drng 15724  df-field 15725  df-subrg 15753  df-lmod 15839  df-lss 15900  df-lsp 15939  df-sra 16135  df-rgmod 16136  df-lidl 16137  df-rsp 16138  df-2idl 16194  df-nzr 16220  df-rlreg 16234  df-domn 16235  df-idom 16236  df-assa 16263  df-asp 16264  df-ascl 16265  df-psr 16308  df-mvr 16309  df-mpl 16310  df-evls 16311  df-evl 16312  df-opsr 16316  df-psr1 16467  df-vr1 16468  df-ply1 16469  df-evl1 16471  df-coe1 16472  df-cnfld 16594  df-zrh 16672  df-zn 16675  df-mdeg 19656  df-deg1 19657  df-mon1 19731  df-uc1p 19732  df-q1p 19733  df-r1p 19734  df-lgs 20757
  Copyright terms: Public domain W3C validator