Theorem 2lgslem1 16013

Description: Lemma 1 for 2lgs 16026. (Contributed by AV, 19-Jun-2021.)

Assertion

Ref	Expression
2lgslem1	|- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( 1 ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ( x = ( i x. 2 ) /\ ( P / 2 ) < ( x mod P ) ) } ) = ( ( ( P - 1 ) / 2 ) - ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) )

Distinct variable group:   P, i, x

Proof of Theorem 2lgslem1

Dummy variables f y are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2lgslem1a 16010	. . 3 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> { x e. ZZ | E. i e. ( 1 ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ( x = ( i x. 2 ) /\ ( P / 2 ) < ( x mod P ) ) } = { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } )
2	1	fveq2d 5676	. 2 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( 1 ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ( x = ( i x. 2 ) /\ ( P / 2 ) < ( x mod P ) ) } ) = (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) )
3		prmz 12816	. . . . . . . 8 |- ( P e. Prime -> P e. ZZ )
4		4nn 9406	. . . . . . . 8 |- 4 e. NN
5		znq 9962	. . . . . . . 8 |- ( ( P e. ZZ /\ 4 e. NN ) -> ( P / 4 ) e. QQ )
6	3, 4, 5	sylancl 413	. . . . . . 7 |- ( P e. Prime -> ( P / 4 ) e. QQ )
7	6	adantr 276	. . . . . 6 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( P / 4 ) e. QQ )
8	7	flqcld 10644	. . . . 5 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( |_ ` ( P / 4 ) ) e. ZZ )
9	8	peano2zd 9709	. . . 4 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) e. ZZ )
10		nnoddn2prmb 12968	. . . . . 6 |- ( P e. ( Prime \ { 2 } ) <-> ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) )
11		oddprm 12965	. . . . . 6 |- ( P e. ( Prime \ { 2 } ) -> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. NN )
12	10, 11	sylbir 135	. . . . 5 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. NN )
13	12	nnzd 9705	. . . 4 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ZZ )
14	9, 13	fzfigd 10800	. . 3 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) e. Fin )
15	14	mptexd 5915	. . . 4 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) e. _V )
16		eqid 2234	. . . . 5 |- ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) = ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) )
17		eqid 2234	. . . . 5 |- ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) = ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) )
18	16, 17	2lgslem1b 16011	. . . 4 |- ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) }
19		f1oeq1 5604	. . . . 5 |- ( f = ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) -> ( f : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } <-> ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) )
20	19	spcegv 2907	. . . 4 |- ( ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) e. _V -> ( ( y e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) |-> ( y x. 2 ) ) : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } -> E. f f : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) )
21	15, 18, 20	mpisyl 1492	. . 3 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> E. f f : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } )
22		fihasheqf1oi 11158	. . . . 5 |- ( ( ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) e. Fin /\ f : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) -> (♯ ` ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ) = (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) )
23	22	ex 115	. . . 4 |- ( ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) e. Fin -> ( f : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } -> (♯ ` ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ) = (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) ) )
24	23	exlimdv 1868	. . 3 |- ( ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) e. Fin -> ( E. f f : ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) -1-1-onto-> { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } -> (♯ ` ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ) = (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) ) )
25	14, 21, 24	sylc 62	. 2 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> (♯ ` ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ) = (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) x = ( i x. 2 ) } ) )
26	6	flqcld 10644	. . . . 5 |- ( P e. Prime -> ( |_ ` ( P / 4 ) ) e. ZZ )
27	26	adantr 276	. . . 4 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( |_ ` ( P / 4 ) ) e. ZZ )
28		oddm1d2 12586	. . . . . 6 |- ( P e. ZZ -> ( -. 2 || P <-> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ZZ ) )
29	3, 28	syl 14	. . . . 5 |- ( P e. Prime -> ( -. 2 || P <-> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ZZ ) )
30	29	biimpa 296	. . . 4 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ZZ )
31		2lgslem1c 16012	. . . 4 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( |_ ` ( P / 4 ) ) <_ ( ( P - 1 ) / 2 ) )
32		eluz2 9865	. . . 4 |- ( ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ( ZZ>= ` ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) <-> ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) e. ZZ /\ ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ZZ /\ ( |_ ` ( P / 4 ) ) <_ ( ( P - 1 ) / 2 ) ) )
33	27, 30, 31, 32	syl3anbrc 1208	. . 3 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ( ZZ>= ` ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) )
34		hashfzp1 11197	. . 3 |- ( ( ( P - 1 ) / 2 ) e. ( ZZ>= ` ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) -> (♯ ` ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ) = ( ( ( P - 1 ) / 2 ) - ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) )
35	33, 34	syl 14	. 2 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> (♯ ` ( ( ( |_ ` ( P / 4 ) ) + 1 ) ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ) = ( ( ( P - 1 ) / 2 ) - ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) )
36	2, 25, 35	3eqtr2d 2273	1 |- ( ( P e. Prime /\ -. 2 || P ) -> (♯ ` { x e. ZZ | E. i e. ( 1 ... ( ( P - 1 ) / 2 ) ) ( x = ( i x. 2 ) /\ ( P / 2 ) < ( x mod P ) ) } ) = ( ( ( P - 1 ) / 2 ) - ( |_ ` ( P / 4 ) ) ) )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1398   E.wex 1541   e. wcel 2205   E.wrex 2523   {crab 2526   _Vcvv 2815   \ cdif 3210   {csn 3691   class class class wbr 4111   |-> cmpt 4173   -1-1-onto->wf1o 5353   ` cfv 5354  (class class class)co 6052   Fincfn 6977   1c1 8133   + caddc 8135   x. cmul 8137   < clt 8313   <_ cle 8314   - cmin 8449   / cdiv 8951   NNcn 9242   2c2 9293   4c4 9295   ZZcz 9582   ZZ>=cuz 9859   QQcq 9957   ...cfz 10348   |_cfl 10635   mod cmo 10691  ♯chash 11146   || cdvds 12481   Primecprime 12812

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4227  ax-sep 4230  ax-nul 4238  ax-pow 4289  ax-pr 4324  ax-un 4556  ax-setind 4661  ax-iinf 4712  ax-cnex 8223  ax-resscn 8224  ax-1cn 8225  ax-1re 8226  ax-icn 8227  ax-addcl 8228  ax-addrcl 8229  ax-mulcl 8230  ax-mulrcl 8231  ax-addcom 8232  ax-mulcom 8233  ax-addass 8234  ax-mulass 8235  ax-distr 8236  ax-i2m1 8237  ax-0lt1 8238  ax-1rid 8239  ax-0id 8240  ax-rnegex 8241  ax-precex 8242  ax-cnre 8243  ax-pre-ltirr 8244  ax-pre-ltwlin 8245  ax-pre-lttrn 8246  ax-pre-apti 8247  ax-pre-ltadd 8248  ax-pre-mulgt0 8249  ax-pre-mulext 8250  ax-arch 8251  ax-caucvg 8252

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-xor 1421  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-nel 2510  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rmo 2530  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3045  df-csb 3141  df-dif 3215  df-un 3217  df-in 3219  df-ss 3226  df-nul 3511  df-if 3623  df-pw 3673  df-sn 3697  df-pr 3698  df-op 3700  df-uni 3917  df-int 3952  df-iun 3995  df-br 4112  df-opab 4174  df-mpt 4175  df-tr 4211  df-id 4416  df-po 4419  df-iso 4420  df-iord 4489  df-on 4491  df-ilim 4492  df-suc 4494  df-iom 4715  df-xp 4757  df-rel 4758  df-cnv 4759  df-co 4760  df-dm 4761  df-rn 4762  df-res 4763  df-ima 4764  df-iota 5314  df-fun 5356  df-fn 5357  df-f 5358  df-f1 5359  df-fo 5360  df-f1o 5361  df-fv 5362  df-riota 6005  df-ov 6055  df-oprab 6056  df-mpo 6057  df-1st 6336  df-2nd 6337  df-recs 6538  df-frec 6624  df-1o 6649  df-2o 6650  df-er 6769  df-en 6978  df-dom 6979  df-fin 6980  df-pnf 8315  df-mnf 8316  df-xr 8317  df-ltxr 8318  df-le 8319  df-sub 8451  df-neg 8452  df-reap 8854  df-ap 8861  df-div 8952  df-inn 9243  df-2 9301  df-3 9302  df-4 9303  df-n0 9502  df-z 9583  df-uz 9860  df-q 9958  df-rp 9993  df-fz 10349  df-fl 10637  df-mod 10692  df-seqfrec 10817  df-exp 10908  df-ihash 11147  df-cj 11535  df-re 11536  df-im 11537  df-rsqrt 11691  df-abs 11692  df-dvds 12482  df-prm 12813

This theorem is referenced by:  2lgs  16026