Theorem 2sqlem7 15713

Description: Lemma for 2sq . (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
2sq.1	|- S = ran ( w e. ZZ[_i] |-> ( ( abs ` w ) ^ 2 ) )
2sqlem7.2	|- Y = { z | E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) }

Assertion

Ref	Expression
2sqlem7	|- Y C_ ( S i^i NN )

Distinct variable groups:   x, w, y, z   x, S, y, z   x, Y, y

Allowed substitution hints:   S( w)   Y( z, w)

Proof of Theorem 2sqlem7

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sqlem7.2	. 2 |- Y = { z | E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) }
2		simpr 110	. . . . . . 7 |- ( ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) )
3	2	reximi 2605	. . . . . 6 |- ( E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> E. y e. ZZ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) )
4	3	reximi 2605	. . . . 5 |- ( E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> E. x e. ZZ E. y e. ZZ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) )
5		2sq.1	. . . . . 6 |- S = ran ( w e. ZZ[_i] |-> ( ( abs ` w ) ^ 2 ) )
6	5	2sqlem2 15707	. . . . 5 |- ( z e. S <-> E. x e. ZZ E. y e. ZZ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) )
7	4, 6	sylibr 134	. . . 4 |- ( E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> z e. S )
8		1ne0 9139	. . . . . . . . . 10 |- 1 =/= 0
9		gcdeq0 12413	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) -> ( ( x gcd y ) = 0 <-> ( x = 0 /\ y = 0 ) ) )
10	9	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( x gcd y ) = 0 <-> ( x = 0 /\ y = 0 ) ) )
11		simpr 110	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( x gcd y ) = 1 )
12	11	eqeq1d 2216	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( x gcd y ) = 0 <-> 1 = 0 ) )
13	10, 12	bitr3d 190	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( x = 0 /\ y = 0 ) <-> 1 = 0 ) )
14	13	necon3bbid 2418	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( -. ( x = 0 /\ y = 0 ) <-> 1 =/= 0 ) )
15	8, 14	mpbiri 168	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> -. ( x = 0 /\ y = 0 ) )
16		zsqcl2 10799	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( x e. ZZ -> ( x ^ 2 ) e. NN0 )
17	16	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( x ^ 2 ) e. NN0 )
18	17	nn0red 9384	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( x ^ 2 ) e. RR )
19	17	nn0ge0d 9386	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> 0 <_ ( x ^ 2 ) )
20		zsqcl2 10799	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( y e. ZZ -> ( y ^ 2 ) e. NN0 )
21	20	ad2antlr 489	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( y ^ 2 ) e. NN0 )
22	21	nn0red 9384	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( y ^ 2 ) e. RR )
23	21	nn0ge0d 9386	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> 0 <_ ( y ^ 2 ) )
24		add20 8582	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ( x ^ 2 ) e. RR /\ 0 <_ ( x ^ 2 ) ) /\ ( ( y ^ 2 ) e. RR /\ 0 <_ ( y ^ 2 ) ) ) -> ( ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) = 0 <-> ( ( x ^ 2 ) = 0 /\ ( y ^ 2 ) = 0 ) ) )
25	18, 19, 22, 23, 24	syl22anc 1251	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) = 0 <-> ( ( x ^ 2 ) = 0 /\ ( y ^ 2 ) = 0 ) ) )
26		zcn 9412	. . . . . . . . . . . 12 |- ( x e. ZZ -> x e. CC )
27	26	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> x e. CC )
28		zcn 9412	. . . . . . . . . . . 12 |- ( y e. ZZ -> y e. CC )
29	28	ad2antlr 489	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> y e. CC )
30		sqeq0 10784	. . . . . . . . . . . 12 |- ( x e. CC -> ( ( x ^ 2 ) = 0 <-> x = 0 ) )
31		sqeq0 10784	. . . . . . . . . . . 12 |- ( y e. CC -> ( ( y ^ 2 ) = 0 <-> y = 0 ) )
32	30, 31	bi2anan9 606	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( x e. CC /\ y e. CC ) -> ( ( ( x ^ 2 ) = 0 /\ ( y ^ 2 ) = 0 ) <-> ( x = 0 /\ y = 0 ) ) )
33	27, 29, 32	syl2anc 411	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( ( x ^ 2 ) = 0 /\ ( y ^ 2 ) = 0 ) <-> ( x = 0 /\ y = 0 ) ) )
34	25, 33	bitrd 188	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) = 0 <-> ( x = 0 /\ y = 0 ) ) )
35	15, 34	mtbird 675	. . . . . . . 8 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> -. ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) = 0 )
36		nn0addcl 9365	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( x ^ 2 ) e. NN0 /\ ( y ^ 2 ) e. NN0 ) -> ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN0 )
37	16, 20, 36	syl2an 289	. . . . . . . . . 10 |- ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) -> ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN0 )
38	37	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN0 )
39		elnn0 9332	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN0 <-> ( ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN \/ ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) = 0 ) )
40	38, 39	sylib 122	. . . . . . . 8 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN \/ ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) = 0 ) )
41	35, 40	ecased 1362	. . . . . . 7 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN )
42		eleq1 2270	. . . . . . 7 |- ( z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) -> ( z e. NN <-> ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) e. NN ) )
43	41, 42	syl5ibrcom 157	. . . . . 6 |- ( ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) /\ ( x gcd y ) = 1 ) -> ( z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) -> z e. NN ) )
44	43	expimpd 363	. . . . 5 |- ( ( x e. ZZ /\ y e. ZZ ) -> ( ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> z e. NN ) )
45	44	rexlimivv 2631	. . . 4 |- ( E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> z e. NN )
46	7, 45	elind 3366	. . 3 |- ( E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) -> z e. ( S i^i NN ) )
47	46	abssi 3276	. 2 |- { z | E. x e. ZZ E. y e. ZZ ( ( x gcd y ) = 1 /\ z = ( ( x ^ 2 ) + ( y ^ 2 ) ) ) } C_ ( S i^i NN )
48	1, 47	eqsstri 3233	1 |- Y C_ ( S i^i NN )

Syntax hints:   -. wn 3   /\ wa 104   <-> wb 105   \/ wo 710   = wceq 1373   e. wcel 2178   {cab 2193   =/= wne 2378   E.wrex 2487   i^i cin 3173   C_ wss 3174   class class class wbr 4059   |-> cmpt 4121   ran crn 4694   ` cfv 5290  (class class class)co 5967   CCcc 7958   RRcr 7959   0cc0 7960   1c1 7961   + caddc 7963   <_ cle 8143   NNcn 9071   2c2 9122   NN0cn0 9330   ZZcz 9407   ^cexp 10720   abscabs 11423   gcd cgcd 12389   ZZ[_i]cgz 12807

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 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2180  ax-14 2181  ax-ext 2189  ax-coll 4175  ax-sep 4178  ax-nul 4186  ax-pow 4234  ax-pr 4269  ax-un 4498  ax-setind 4603  ax-iinf 4654  ax-cnex 8051  ax-resscn 8052  ax-1cn 8053  ax-1re 8054  ax-icn 8055  ax-addcl 8056  ax-addrcl 8057  ax-mulcl 8058  ax-mulrcl 8059  ax-addcom 8060  ax-mulcom 8061  ax-addass 8062  ax-mulass 8063  ax-distr 8064  ax-i2m1 8065  ax-0lt1 8066  ax-1rid 8067  ax-0id 8068  ax-rnegex 8069  ax-precex 8070  ax-cnre 8071  ax-pre-ltirr 8072  ax-pre-ltwlin 8073  ax-pre-lttrn 8074  ax-pre-apti 8075  ax-pre-ltadd 8076  ax-pre-mulgt0 8077  ax-pre-mulext 8078  ax-arch 8079  ax-caucvg 8080

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 833  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2194  df-cleq 2200  df-clel 2203  df-nfc 2339  df-ne 2379  df-nel 2474  df-ral 2491  df-rex 2492  df-reu 2493  df-rmo 2494  df-rab 2495  df-v 2778  df-sbc 3006  df-csb 3102  df-dif 3176  df-un 3178  df-in 3180  df-ss 3187  df-nul 3469  df-if 3580  df-pw 3628  df-sn 3649  df-pr 3650  df-op 3652  df-uni 3865  df-int 3900  df-iun 3943  df-br 4060  df-opab 4122  df-mpt 4123  df-tr 4159  df-id 4358  df-po 4361  df-iso 4362  df-iord 4431  df-on 4433  df-ilim 4434  df-suc 4436  df-iom 4657  df-xp 4699  df-rel 4700  df-cnv 4701  df-co 4702  df-dm 4703  df-rn 4704  df-res 4705  df-ima 4706  df-iota 5251  df-fun 5292  df-fn 5293  df-f 5294  df-f1 5295  df-fo 5296  df-f1o 5297  df-fv 5298  df-riota 5922  df-ov 5970  df-oprab 5971  df-mpo 5972  df-1st 6249  df-2nd 6250  df-recs 6414  df-frec 6500  df-sup 7112  df-pnf 8144  df-mnf 8145  df-xr 8146  df-ltxr 8147  df-le 8148  df-sub 8280  df-neg 8281  df-reap 8683  df-ap 8690  df-div 8781  df-inn 9072  df-2 9130  df-3 9131  df-4 9132  df-n0 9331  df-z 9408  df-uz 9684  df-q 9776  df-rp 9811  df-fz 10166  df-fzo 10300  df-fl 10450  df-mod 10505  df-seqfrec 10630  df-exp 10721  df-cj 11268  df-re 11269  df-im 11270  df-rsqrt 11424  df-abs 11425  df-dvds 12214  df-gcd 12390  df-gz 12808

This theorem is referenced by:  2sqlem8  15715  2sqlem9  15716