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Theorem 4sqlem12 15882
Description: Lemma for 4sq 15890. 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 15881 . . 3 (𝜑 → (𝐴 ∩ ran 𝐹) ≠ ∅)
8 n0 4074 . . 3 ((𝐴 ∩ ran 𝐹) ≠ ∅ ↔ ∃𝑗 𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹))
97, 8sylib 208 . 2 (𝜑 → ∃𝑗 𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹))
10 vex 3343 . . . . . . 7 𝑗 ∈ V
11 eqeq1 2764 . . . . . . . 8 (𝑢 = 𝑗 → (𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
1211rexbidv 3190 . . . . . . 7 (𝑢 = 𝑗 → (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
1310, 12, 5elab2 3494 . . . . . 6 (𝑗𝐴 ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
14 abid 2748 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)} ↔ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣))
155rexeqi 3282 . . . . . . . . 9 (∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣) ↔ ∃𝑣 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣))
16 oveq1 6821 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑚 = 𝑛 → (𝑚↑2) = (𝑛↑2))
1716oveq1d 6829 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑚 = 𝑛 → ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑛↑2) mod 𝑃))
1817eqeq2d 2770 . . . . . . . . . . . 12 (𝑚 = 𝑛 → (𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
1918cbvrexv 3311 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃))
20 eqeq1 2764 . . . . . . . . . . . 12 (𝑢 = 𝑣 → (𝑢 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
2120rexbidv 3190 . . . . . . . . . . 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 3510 . . . . . . . . 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 5526 . . . . . . . . 9 ran 𝐹 = {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)}
2625eleq2i 2831 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ran 𝐹𝑗 ∈ {𝑗 ∣ ∃𝑣𝐴 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)})
27 rexcom4 3365 . . . . . . . . 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 3227 . . . . . . . . . 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 1923 . . . . . . . . 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 6842 . . . . . . . . 9 ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ V
33 oveq2 6822 . . . . . . . . . 10 (𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) → ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
3433eqeq2d 2770 . . . . . . . . 9 (𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) → (𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣) ↔ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
3532, 34ceqsexv 3382 . . . . . . . 8 (∃𝑣(𝑣 = ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − 𝑣)) ↔ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
3635rexbii 3179 . . . . . . 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 735 . . . . 5 ((𝑗𝐴𝑗 ∈ ran 𝐹) ↔ (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ ∃𝑛 ∈ (0...𝑁)𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))))
39 elin 3939 . . . . 5 (𝑗 ∈ (𝐴 ∩ ran 𝐹) ↔ (𝑗𝐴𝑗 ∈ ran 𝐹))
40 reeanv 3245 . . . . 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 2780 . . . . . 6 ((𝑗 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∧ 𝑗 = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃)))
4343ad2ant1 1128 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℙ)
44 prmnn 15610 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11546 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11564 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℝ)
4945nnrpd 12083 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℝ+)
5047nn0ge0d 11566 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 ≤ (𝑃 − 1))
5145nnred 11247 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℝ)
5251ltm1d 11168 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) < 𝑃)
53 modid 12909 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝑃 − 1) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ+) ∧ (0 ≤ (𝑃 − 1) ∧ (𝑃 − 1) < 𝑃)) → ((𝑃 − 1) mod 𝑃) = (𝑃 − 1))
5448, 49, 50, 52, 53syl22anc 1478 . . . . . . . . . . . . . . 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 6829 . . . . . . . . . . . . . 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 1243 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑛 ∈ (0...𝑁))
57 elfzelz 12555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 13155 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11564 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ∈ ℝ)
62 modlt 12893 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑛↑2) ∈ ℝ ∧ 𝑃 ∈ ℝ+) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) < 𝑃)
6361, 49, 62syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 13148 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 12905 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ ℕ0)
6766nn0zd 11692 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 15611 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11642 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((𝑛↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (((𝑛↑2) mod 𝑃) < 𝑃 ↔ ((𝑛↑2) mod 𝑃) ≤ (𝑃 − 1)))
7167, 69, 70syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 4832 . . . . . . . . . . . . . . 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 12953 . . . . . . . . . . . . . . . 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 1477 . . . . . . . . . . . . . . 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 1133 . . . . . . . . . . . . . 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 2805 . . . . . . . . . . . . 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 1242 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑚 ∈ (0...𝑁))
80 elfzelz 12555 . . . . . . . . . . . . . . . 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 13148 . . . . . . . . . . . . . . 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 11692 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
8584, 65zsubcld 11699 . . . . . . . . . . . . . 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 15213 . . . . . . . . . . . . . 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 1477 . . . . . . . . . . . . 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 13155 . . . . . . . . . . . . . . . 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 11565 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℂ)
9247nn0cnd 11565 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
9360nn0cnd 11565 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑛↑2) ∈ ℂ)
9491, 92, 93subsub3d 10634 . . . . . . . . . . . . 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 11567 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ∈ ℕ0)
9695nn0cnd 11565 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) ∈ ℂ)
9745nncnd 11248 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℂ)
98 1cnd 10268 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 1 ∈ ℂ)
9996, 97, 98subsub3d 10634 . . . . . . . . . . . . 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 2794 . . . . . . . . . . . 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 4830 . . . . . . . . . . 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 11544 . . . . . . . . . . . . . 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 11693 . . . . . . . . . . . 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 15249 . . . . . . . . . . . 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 696 . . . . . . . . . . 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 11277 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ≠ 0)
109 dvdsval2 15205 . . . . . . . . . . 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 1477 . . . . . . . . . 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 12055 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℕ → (((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℝ+)
113 nnrp 12055 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℝ+)
114 rpdivcl 12069 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℝ+𝑃 ∈ ℝ+) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℝ+)
115112, 113, 114syl2an 495 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) ∈ ℝ+)
116103, 45, 115syl2anc 696 . . . . . . . . . . . 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 12088 . . . . . . . . . . 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 11599 . . . . . . . . . . 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 701 . . . . . . . . . 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 11275 . . . . . . . . 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 11564 . . . . . . . . . . . 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 11397 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℕ
12323ad2ant1 1128 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑁 ∈ ℕ)
124 nnmulcl 11255 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
125122, 123, 124sylancr 698 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
126125nnred 11247 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · 𝑁) ∈ ℝ)
127126resqcld 13249 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → ((2 · 𝑁)↑2) ∈ ℝ)
128 nnmulcl 11255 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((2 ∈ ℕ ∧ (2 · 𝑁) ∈ ℕ) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℕ)
129122, 125, 128sylancr 698 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℕ)
130129nnred 11247 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℝ)
131127, 130readdcld 10281 . . . . . . . . . . . 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 10267 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 1 ∈ ℝ)
133123nnsqcld 13243 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑁↑2) ∈ ℕ)
134 nnmulcl 11255 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2 ∈ ℕ ∧ (𝑁↑2) ∈ ℕ) → (2 · (𝑁↑2)) ∈ ℕ)
135122, 133, 134sylancr 698 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) ∈ ℕ)
136135nnred 11247 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (𝑁↑2)) ∈ ℝ)
13790nn0red 11564 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℝ)
138133nnred 11247 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑁↑2) ∈ ℝ)
13981zred 11694 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑚 ∈ ℝ)
140 elfzle1 12557 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11247 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑁 ∈ ℝ)
143 elfzle2 12558 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 13153 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑚 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑚) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝑚𝑁)) → (𝑚↑2) ≤ (𝑁↑2))
146139, 141, 142, 144, 145syl22anc 1478 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ≤ (𝑁↑2))
14758zred 11694 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑛 ∈ ℝ)
148 elfzle1 12557 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 12558 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 13153 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑛 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑛) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 𝑛𝑁)) → (𝑛↑2) ≤ (𝑁↑2))
153147, 149, 142, 151, 152syl22anc 1478 . . . . . . . . . . . . . . . 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 10858 . . . . . . . . . . . . . . 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 11248 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑁↑2) ∈ ℂ)
1561552timesd 11487 . . . . . . . . . . . . . . 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 4832 . . . . . . . . . . . . . 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 11410 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 < 4
159 2re 11302 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11309 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11276 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 < (𝑁↑2))
164 ltmul1 11085 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2 ∈ ℝ ∧ 4 ∈ ℝ ∧ ((𝑁↑2) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝑁↑2))) → (2 < 4 ↔ (2 · (𝑁↑2)) < (4 · (𝑁↑2))))
165160, 162, 138, 163, 164syl112anc 1481 . . . . . . . . . . . . . . . 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 11303 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 ∈ ℂ
168123nncnd 11248 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑁 ∈ ℂ)
169 sqmul 13140 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℂ) → ((2 · 𝑁)↑2) = ((2↑2) · (𝑁↑2)))
170167, 168, 169sylancr 698 . . . . . . . . . . . . . . . 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 13174 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (2↑2) = 4
172171oveq1i 6824 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2↑2) · (𝑁↑2)) = (4 · (𝑁↑2))
173170, 172syl6eq 2810 . . . . . . . . . . . . . . 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 4832 . . . . . . . . . . . . . 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 10407 . . . . . . . . . . . . 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 12083 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · (2 · 𝑁)) ∈ ℝ+)
177127, 176ltaddrpd 12118 . . . . . . . . . . . . 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 10410 . . . . . . . . . . . 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 10850 . . . . . . . . . . 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 1128 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 = ((2 · 𝑁) + 1))
181180oveq1d 6829 . . . . . . . . . . . 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 13219 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (𝑃↑2) = (𝑃 · 𝑃))
183125nncnd 11248 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
184 binom21 13194 . . . . . . . . . . . . 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 2802 . . . . . . . . . . 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 4832 . . . . . . . . . 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 11247 . . . . . . . . . . 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 11276 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → 0 < 𝑃)
190 ltdivmul 11110 . . . . . . . . . . 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 1481 . . . . . . . . . 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 11619 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℤ
194 elfzm11 12624 . . . . . . . . . 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 698 . . . . . . . . 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 1428 . . . . . . . 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 15865 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑚 + (i · 𝑛)) ∈ ℤ[i])
19881, 58, 197syl2anc 696 . . . . . . . 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 15858 . . . . . . . . . . . . 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 14401 . . . . . . . . . . 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 14190 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (ℜ‘(𝑚 + (i · 𝑛))) = 𝑚)
203202oveq1d 6829 . . . . . . . . . . . 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 14191 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑁)) ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) = ((𝑃 − 1) − ((𝑛↑2) mod 𝑃))) → (ℑ‘(𝑚 + (i · 𝑛))) = 𝑛)
205204oveq1d 6829 . . . . . . . . . . . 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 6832 . . . . . . . . . . 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 2794 . . . . . . . . . 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 6829 . . . . . . . . 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 11248 . . . . . . . . . 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 11014 . . . . . . . . 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 2797 . . . . . . . 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 6821 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = ((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) → (𝑘 · 𝑃) = (((((𝑚↑2) + (𝑛↑2)) + 1) / 𝑃) · 𝑃))
213212eqeq2d 2770 . . . . . . . . 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 6353 . . . . . . . . . . . 12 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → (abs‘𝑢) = (abs‘(𝑚 + (i · 𝑛))))
215214oveq1d 6829 . . . . . . . . . . 11 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → ((abs‘𝑢)↑2) = ((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2))
216215oveq1d 6829 . . . . . . . . . 10 (𝑢 = (𝑚 + (i · 𝑛)) → (((abs‘𝑢)↑2) + 1) = (((abs‘(𝑚 + (i · 𝑛)))↑2) + 1))
217216eqeq1d 2762 . . . . . . . . 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 3463 . . . . . . . 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 1477 . . . . . . 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 1115 . . . . . 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 3176 . . . 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 2010 . 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 1072   = wceq 1632  wex 1853  wcel 2139  {cab 2746  wne 2932  wrex 3051  cin 3714  c0 4058   class class class wbr 4804  cmpt 4881  ran crn 5267  cfv 6049  (class class class)co 6814  cc 10146  cr 10147  0cc0 10148  1c1 10149  ici 10150   + caddc 10151   · cmul 10153   < clt 10286  cle 10287  cmin 10478   / cdiv 10896  cn 11232  2c2 11282  4c4 11284  0cn0 11504  cz 11589  +crp 12045  ...cfz 12539   mod cmo 12882  cexp 13074  cre 14056  cim 14057  abscabs 14193  cdvds 15202  cprime 15607  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-rep 4923  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-int 4628  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-oadd 7734  df-er 7913  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-fin 8127  df-sup 8515  df-inf 8516  df-card 8975  df-cda 9202  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-4 11293  df-n0 11505  df-xnn0 11576  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-hash 13332  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
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