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

Theorem 2sq 20610
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 2283 . . 3  |-  ran  (
w  e.  ZZ [
_i ]  |->  ( ( abs `  w ) ^ 2 ) )  =  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w ) ^ 2 ) )
2 oveq1 5826 . . . . . . 7  |-  ( a  =  x  ->  (
a  gcd  b )  =  ( x  gcd  b ) )
32eqeq1d 2291 . . . . . 6  |-  ( a  =  x  ->  (
( a  gcd  b
)  =  1  <->  (
x  gcd  b )  =  1 ) )
4 oveq1 5826 . . . . . . . 8  |-  ( a  =  x  ->  (
a ^ 2 )  =  ( x ^
2 ) )
54oveq1d 5834 . . . . . . 7  |-  ( a  =  x  ->  (
( a ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) ) )
65eqeq2d 2294 . . . . . 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 5827 . . . . . . 7  |-  ( b  =  y  ->  (
x  gcd  b )  =  ( x  gcd  y ) )
98eqeq1d 2291 . . . . . 6  |-  ( b  =  y  ->  (
( x  gcd  b
)  =  1  <->  (
x  gcd  y )  =  1 ) )
10 oveq1 5826 . . . . . . . 8  |-  ( b  =  y  ->  (
b ^ 2 )  =  ( y ^
2 ) )
1110oveq2d 5835 . . . . . . 7  |-  ( b  =  y  ->  (
( x ^ 2 )  +  ( b ^ 2 ) )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
1211eqeq2d 2294 . . . . . 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 2773 . . . 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 2395 . . 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 20609 . 2  |-  ( ( P  e.  Prime  /\  ( P  mod  4 )  =  1 )  ->  P  e.  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w
) ^ 2 ) ) )
1712sqlem2 20598 . 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 1623    e. wcel 1684   {cab 2269   E.wrex 2544    e. cmpt 4077   ran crn 4688   ` cfv 5220  (class class class)co 5819   1c1 8733    + caddc 8735   2c2 9790   4c4 9792   ZZcz 10019    mod cmo 10968   ^cexp 11099   abscabs 11714    gcd cgcd 12680   Primecprime 12753   ZZ [ _i ]cgz 12971
This theorem is referenced by:  2sqb  20612
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-rep 4131  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4186  ax-pr 4212  ax-un 4510  ax-inf2 7337  ax-cnex 8788  ax-resscn 8789  ax-1cn 8790  ax-icn 8791  ax-addcl 8792  ax-addrcl 8793  ax-mulcl 8794  ax-mulrcl 8795  ax-mulcom 8796  ax-addass 8797  ax-mulass 8798  ax-distr 8799  ax-i2m1 8800  ax-1ne0 8801  ax-1rid 8802  ax-rnegex 8803  ax-rrecex 8804  ax-cnre 8805  ax-pre-lttri 8806  ax-pre-lttrn 8807  ax-pre-ltadd 8808  ax-pre-mulgt0 8809  ax-pre-sup 8810  ax-addf 8811  ax-mulf 8812
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-nel 2449  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rmo 2551  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pss 3168  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-tp 3648  df-op 3649  df-uni 3828  df-int 3863  df-iun 3907  df-iin 3908  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-tr 4114  df-eprel 4303  df-id 4307  df-po 4312  df-so 4313  df-fr 4350  df-se 4351  df-we 4352  df-ord 4393  df-on 4394  df-lim 4395  df-suc 4396  df-om 4655  df-xp 4693  df-rel 4694  df-cnv 4695  df-co 4696  df-dm 4697  df-rn 4698  df-res 4699  df-ima 4700  df-fun 5222  df-fn 5223  df-f 5224  df-f1 5225  df-fo 5226  df-f1o 5227  df-fv 5228  df-isom 5229  df-ov 5822  df-oprab 5823  df-mpt2 5824  df-of 6039  df-ofr 6040  df-1st 6083  df-2nd 6084  df-tpos 6195  df-iota 6252  df-riota 6299  df-recs 6383  df-rdg 6418  df-1o 6474  df-2o 6475  df-oadd 6478  df-er 6655  df-ec 6657  df-qs 6661  df-map 6769  df-pm 6770  df-ixp 6813  df-en 6859  df-dom 6860  df-sdom 6861  df-fin 6862  df-sup 7189  df-oi 7220  df-card 7567  df-cda 7789  df-pnf 8864  df-mnf 8865  df-xr 8866  df-ltxr 8867  df-le 8868  df-sub 9034  df-neg 9035  df-div 9419  df-nn 9742  df-2 9799  df-3 9800  df-4 9801  df-5 9802  df-6 9803  df-7 9804  df-8 9805  df-9 9806  df-10 9807  df-n0 9961  df-z 10020  df-dec 10120  df-uz 10226  df-q 10312  df-rp 10350  df-fz 10778  df-fzo 10866  df-fl 10920  df-mod 10969  df-seq 11042  df-exp 11100  df-hash 11333  df-cj 11579  df-re 11580  df-im 11581  df-sqr 11715  df-abs 11716  df-dvds 12527  df-gcd 12681  df-prm 12754  df-phi 12829  df-pc 12885  df-gz 12972  df-struct 13145  df-ndx 13146  df-slot 13147  df-base 13148  df-sets 13149  df-ress 13150  df-plusg 13216  df-mulr 13217  df-starv 13218  df-sca 13219  df-vsca 13220  df-tset 13222  df-ple 13223  df-ds 13225  df-hom 13227  df-cco 13228  df-prds 13343  df-pws 13345  df-0g 13399  df-gsum 13400  df-imas 13406  df-divs 13407  df-mre 13483  df-mrc 13484  df-acs 13486  df-mnd 14362  df-mhm 14410  df-submnd 14411  df-grp 14484  df-minusg 14485  df-sbg 14486  df-mulg 14487  df-subg 14613  df-nsg 14614  df-eqg 14615  df-ghm 14676  df-cntz 14788  df-cmn 15086  df-abl 15087  df-mgp 15321  df-rng 15335  df-cring 15336  df-ur 15337  df-oppr 15400  df-dvdsr 15418  df-unit 15419  df-invr 15449  df-rnghom 15491  df-drng 15509  df-field 15510  df-subrg 15538  df-lmod 15624  df-lss 15685  df-lsp 15724  df-sra 15920  df-rgmod 15921  df-lidl 15922  df-rsp 15923  df-2idl 15979  df-nzr 16005  df-rlreg 16019  df-domn 16020  df-idom 16021  df-assa 16048  df-asp 16049  df-ascl 16050  df-psr 16093  df-mvr 16094  df-mpl 16095  df-evls 16096  df-evl 16097  df-opsr 16101  df-psr1 16252  df-vr1 16253  df-ply1 16254  df-evl1 16256  df-coe1 16257  df-cnfld 16373  df-zrh 16450  df-zn 16453  df-mdeg 19436  df-deg1 19437  df-mon1 19511  df-uc1p 19512  df-q1p 19513  df-r1p 19514  df-lgs 20529
  Copyright terms: Public domain W3C validator