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 2764 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑁 → (𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
32anbi2d 742 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑁 → (((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑧 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))))
432rexbidv 3195 . . . . . 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 6821 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑢 → (𝑥 gcd 𝑦) = (𝑢 gcd 𝑦))
65eqeq1d 2762 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑢 → ((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ↔ (𝑢 gcd 𝑦) = 1))
7 oveq1 6821 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑢 → (𝑥↑2) = (𝑢↑2))
87oveq1d 6829 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑢 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)))
98eqeq2d 2770 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑢 → (𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2))))
106, 9anbi12d 749 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑢 → (((𝑥 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ((𝑢 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)))))
11 oveq2 6822 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑣 → (𝑢 gcd 𝑦) = (𝑢 gcd 𝑣))
1211eqeq1d 2762 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑣 → ((𝑢 gcd 𝑦) = 1 ↔ (𝑢 gcd 𝑣) = 1))
13 oveq1 6821 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = 𝑣 → (𝑦↑2) = (𝑣↑2))
1413oveq2d 6830 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑣 → ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))
1514eqeq2d 2770 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑣 → (𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))))
1612, 15anbi12d 749 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑣 → (((𝑢 gcd 𝑦) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑦↑2))) ↔ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))))
1710, 16cbvrex2v 3319 . . . . . 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 3493 . . . 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 479 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) ∧ 𝑀 = 1) → 𝑀 = 1)
24 1z 11619 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℤ
25 zgz 15859 . . . . . . . . 9 (1 ∈ ℤ → 1 ∈ ℤ[i])
2624, 25ax-mp 5 . . . . . . . 8 1 ∈ ℤ[i]
27 sq1 13172 . . . . . . . . 9 (1↑2) = 1
2827eqcomi 2769 . . . . . . . 8 1 = (1↑2)
29 fveq2 6353 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 1 → (abs‘𝑥) = (abs‘1))
30 abs1 14256 . . . . . . . . . . . 12 (abs‘1) = 1
3129, 30syl6eq 2810 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 1 → (abs‘𝑥) = 1)
3231oveq1d 6829 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 1 → ((abs‘𝑥)↑2) = (1↑2))
3332eqeq2d 2770 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 1 → (1 = ((abs‘𝑥)↑2) ↔ 1 = (1↑2)))
3433rspcev 3449 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℤ[i] ∧ 1 = (1↑2)) → ∃𝑥 ∈ ℤ[i] 1 = ((abs‘𝑥)↑2))
3526, 28, 34mp2an 710 . . . . . . 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 2847 . . . . 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 764 . . . . . . 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 764 . . . . . . 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 3977 . . . . . . . . . 10 (𝑆 ∩ ℕ) ⊆ ℕ
4644, 45sstri 3753 . . . . . . . . 9 𝑌 ⊆ ℕ
4746, 1sseldi 3742 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
4847ad2antrr 764 . . . . . . 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 764 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀 ∈ ℕ)
51 simprr 813 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀 ≠ 1)
52 eluz2b3 11975 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ (ℤ‘2) ↔ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ≠ 1))
5350, 51, 52sylanbrc 701 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑀 ∈ (ℤ‘2))
54 simplrl 819 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑢 ∈ ℤ)
55 simplrr 820 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑣 ∈ ℤ)
56 simprll 821 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → (𝑢 gcd 𝑣) = 1)
57 simprlr 822 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) ∧ 𝑀 ≠ 1)) → 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))
58 eqid 2760 . . . . . . 7 (((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑢 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))
59 eqid 2760 . . . . . . 7 (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑣 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))
60 eqid 2760 . . . . . . 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 2760 . . . . . . 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 683 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) ∧ 𝑀 ≠ 1) → 𝑀𝑆)
6439, 63pm2.61dane 3019 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2)))) → 𝑀𝑆)
6564ex 449 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℤ ∧ 𝑣 ∈ ℤ)) → (((𝑢 gcd 𝑣) = 1 ∧ 𝑁 = ((𝑢↑2) + (𝑣↑2))) → 𝑀𝑆))
6665rexlimdvva 3176 . 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 383   = wceq 1632  wcel 2139  {cab 2746  wne 2932  wral 3050  wrex 3051  cin 3714   class class class wbr 4804  cmpt 4881  ran crn 5267  cfv 6049  (class class class)co 6814  1c1 10149   + caddc 10151  cmin 10478   / cdiv 10896  cn 11232  2c2 11282  cz 11589  cuz 11899  ...cfz 12539   mod cmo 12882  cexp 13074  abscabs 14193  cdvds 15202   gcd cgcd 15438  ℤ[i]cgz 15855
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-cnex 10204  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-addrcl 10209  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-mulcom 10212  ax-addass 10213  ax-mulass 10214  ax-distr 10215  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-1rid 10218  ax-rnegex 10219  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-ltadd 10224  ax-pre-mulgt0 10225  ax-pre-sup 10226
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-iun 4674  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-om 7232  df-1st 7334  df-2nd 7335  df-wrecs 7577  df-recs 7638  df-rdg 7676  df-1o 7730  df-2o 7731  df-er 7913  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-fin 8127  df-sup 8515  df-inf 8516  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292  df-sub 10480  df-neg 10481  df-div 10897  df-nn 11233  df-2 11291  df-3 11292  df-n0 11505  df-z 11590  df-uz 11900  df-rp 12046  df-fz 12540  df-fl 12807  df-mod 12883  df-seq 13016  df-exp 13075  df-cj 14058  df-re 14059  df-im 14060  df-sqrt 14194  df-abs 14195  df-dvds 15203  df-gcd 15439  df-prm 15608  df-gz 15856
This theorem is referenced by:  2sqlem10  25373
  Copyright terms: Public domain W3C validator