Theorem 4sqlemffi 12537

Description: Lemma for 4sq 12551. ran F is finite. (Contributed by Jim Kingdon, 24-May-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
4sqlemafi.n	|- ( ph -> N e. NN )
4sqlemafi.p	|- ( ph -> P e. NN )
4sqlemafi.a	|- A = { u | E. m e. ( 0 ... N ) u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) }
4sqlemffi.f	|- F = ( v e. A |-> ( ( P - 1 ) - v ) )

Assertion

Ref	Expression
4sqlemffi	|- ( ph -> ran F e. Fin )

Distinct variable groups:   m, N, u   P, m, u   ph, m, u   v, A   v, P   ph, v

Allowed substitution hints:   A( u, m)   F( v, u, m)   N( v)

Proof of Theorem 4sqlemffi

Dummy variable x is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		4sqlemffi.f	. . . 4 |- F = ( v e. A |-> ( ( P - 1 ) - v ) )
2	1	funmpt2 5294	. . 3 |- Fun F
3		funrel 5272	. . 3 |- ( Fun F -> Rel F )
4	2, 3	ax-mp 5	. 2 |- Rel F
5		4sqlemafi.p	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> P e. NN )
6	5	nnzd 9441	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> P e. ZZ )
7		peano2zm 9358	. . . . . . . . 9 |- ( P e. ZZ -> ( P - 1 ) e. ZZ )
8	6, 7	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( P - 1 ) e. ZZ )
9	8	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ v e. A ) -> ( P - 1 ) e. ZZ )
10		4sqlemafi.a	. . . . . . . . 9 |- A = { u | E. m e. ( 0 ... N ) u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) }
11		simpr 110	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) /\ u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) ) -> u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) )
12		elfzelz 10094	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( m e. ( 0 ... N ) -> m e. ZZ )
13	12	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> m e. ZZ )
14		zsqcl 10684	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( m e. ZZ -> ( m ^ 2 ) e. ZZ )
15	13, 14	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> ( m ^ 2 ) e. ZZ )
16	5	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> P e. NN )
17	15, 16	zmodcld 10419	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> ( ( m ^ 2 ) mod P ) e. NN0 )
18	17	nn0zd 9440	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> ( ( m ^ 2 ) mod P ) e. ZZ )
19	18	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) /\ u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) ) -> ( ( m ^ 2 ) mod P ) e. ZZ )
20	11, 19	eqeltrd 2270	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) /\ u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) ) -> u e. ZZ )
21	20	rexlimdva2 2614	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> ( E. m e. ( 0 ... N ) u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) -> u e. ZZ ) )
22	21	abssdv 3254	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> { u | E. m e. ( 0 ... N ) u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) } C_ ZZ )
23	10, 22	eqsstrid 3226	. . . . . . . 8 |- ( ph -> A C_ ZZ )
24	23	sselda 3180	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ v e. A ) -> v e. ZZ )
25	9, 24	zsubcld 9447	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ v e. A ) -> ( ( P - 1 ) - v ) e. ZZ )
26	25	ralrimiva 2567	. . . . 5 |- ( ph -> A. v e. A ( ( P - 1 ) - v ) e. ZZ )
27	8	zcnd 9443	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( P - 1 ) e. CC )
28	27	ad2antrr 488	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) /\ ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) ) -> ( P - 1 ) e. CC )
29	24	adantrr 479	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> v e. ZZ )
30	29	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) /\ ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) ) -> v e. ZZ )
31	30	zcnd 9443	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) /\ ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) ) -> v e. CC )
32	23	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> A C_ ZZ )
33		simprr 531	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> x e. A )
34	32, 33	sseldd 3181	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> x e. ZZ )
35	34	zcnd 9443	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> x e. CC )
36	35	adantr 276	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) /\ ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) ) -> x e. CC )
37		simpr 110	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) /\ ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) ) -> ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) )
38	28, 31, 36, 37	subcand 8373	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) /\ ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) ) -> v = x )
39	38	ex 115	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> ( ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) -> v = x ) )
40	39	ralrimivva 2576	. . . . 5 |- ( ph -> A. v e. A A. x e. A ( ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) -> v = x ) )
41		oveq2 5927	. . . . . 6 |- ( v = x -> ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) )
42	1, 41	f1mpt 5815	. . . . 5 |- ( F : A -1-1-> ZZ <-> ( A. v e. A ( ( P - 1 ) - v ) e. ZZ /\ A. v e. A A. x e. A ( ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) -> v = x ) ) )
43	26, 40, 42	sylanbrc 417	. . . 4 |- ( ph -> F : A -1-1-> ZZ )
44		df-f1 5260	. . . 4 |- ( F : A -1-1-> ZZ <-> ( F : A --> ZZ /\ Fun `' F ) )
45	43, 44	sylib 122	. . 3 |- ( ph -> ( F : A --> ZZ /\ Fun `' F ) )
46	45	simprd 114	. 2 |- ( ph -> Fun `' F )
47	1, 25	dmmptd 5385	. . . 4 |- ( ph -> dom F = A )
48		4sqlemafi.n	. . . . 5 |- ( ph -> N e. NN )
49	48, 5, 10	4sqlemafi 12536	. . . 4 |- ( ph -> A e. Fin )
50	47, 49	eqeltrd 2270	. . 3 |- ( ph -> dom F e. Fin )
51		fundmfibi 6999	. . . 4 |- ( Fun F -> ( F e. Fin <-> dom F e. Fin ) )
52	2, 51	ax-mp 5	. . 3 |- ( F e. Fin <-> dom F e. Fin )
53	50, 52	sylibr 134	. 2 |- ( ph -> F e. Fin )
54		funrnfi 7003	. 2 |- ( ( Rel F /\ Fun `' F /\ F e. Fin ) -> ran F e. Fin )
55	4, 46, 53, 54	mp3an2i 1353	1 |- ( ph -> ran F e. Fin )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1364   e. wcel 2164   {cab 2179   A.wral 2472   E.wrex 2473   C_ wss 3154   |-> cmpt 4091   `'ccnv 4659   dom cdm 4660   ran crn 4661   Rel wrel 4665   Fun wfun 5249   -->wf 5251   -1-1->wf1 5252  (class class class)co 5919   Fincfn 6796   CCcc 7872   0cc0 7874   1c1 7875   - cmin 8192   NNcn 8984   2c2 9035   ZZcz 9320   ...cfz 10077   mod cmo 10396   ^cexp 10612

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 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4145  ax-sep 4148  ax-nul 4156  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-setind 4570  ax-iinf 4621  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1cn 7967  ax-1re 7968  ax-icn 7969  ax-addcl 7970  ax-addrcl 7971  ax-mulcl 7972  ax-mulrcl 7973  ax-addcom 7974  ax-mulcom 7975  ax-addass 7976  ax-mulass 7977  ax-distr 7978  ax-i2m1 7979  ax-0lt1 7980  ax-1rid 7981  ax-0id 7982  ax-rnegex 7983  ax-precex 7984  ax-cnre 7985  ax-pre-ltirr 7986  ax-pre-ltwlin 7987  ax-pre-lttrn 7988  ax-pre-apti 7989  ax-pre-ltadd 7990  ax-pre-mulgt0 7991  ax-pre-mulext 7992  ax-arch 7993

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-nul 3448  df-if 3559  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-iun 3915  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-tr 4129  df-id 4325  df-po 4328  df-iso 4329  df-iord 4398  df-on 4400  df-ilim 4401  df-suc 4403  df-iom 4624  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-ima 4673  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-riota 5874  df-ov 5922  df-oprab 5923  df-mpo 5924  df-1st 6195  df-2nd 6196  df-recs 6360  df-frec 6446  df-1o 6471  df-er 6589  df-en 6797  df-fin 6799  df-pnf 8058  df-mnf 8059  df-xr 8060  df-ltxr 8061  df-le 8062  df-sub 8194  df-neg 8195  df-reap 8596  df-ap 8603  df-div 8694  df-inn 8985  df-2 9043  df-n0 9244  df-z 9321  df-uz 9596  df-q 9688  df-rp 9723  df-fz 10078  df-fzo 10212  df-fl 10342  df-mod 10397  df-seqfrec 10522  df-exp 10613

This theorem is referenced by:  4sqlem11  12542