Theorem 4sqlemffi 12534

Description: Lemma for 4sq 12548. 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 5293	. . 3 |- Fun F
3		funrel 5271	. . 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 9438	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> P e. ZZ )
7		peano2zm 9355	. . . . . . . . 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 10091	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( m e. ( 0 ... N ) -> m e. ZZ )
13	12	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> m e. ZZ )
14		zsqcl 10681	. . . . . . . . . . . . . . . 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 10416	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( ph /\ m e. ( 0 ... N ) ) -> ( ( m ^ 2 ) mod P ) e. NN0 )
18	17	nn0zd 9437	. . . . . . . . . . . . 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 3253	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> { u | E. m e. ( 0 ... N ) u = ( ( m ^ 2 ) mod P ) } C_ ZZ )
23	10, 22	eqsstrid 3225	. . . . . . . 8 |- ( ph -> A C_ ZZ )
24	23	sselda 3179	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ v e. A ) -> v e. ZZ )
25	9, 24	zsubcld 9444	. . . . . 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 9440	. . . . . . . . 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 9440	. . . . . . . 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 3180	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ ( v e. A /\ x e. A ) ) -> x e. ZZ )
35	34	zcnd 9440	. . . . . . . . 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 8371	. . . . . . 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 5926	. . . . . 6 |- ( v = x -> ( ( P - 1 ) - v ) = ( ( P - 1 ) - x ) )
42	1, 41	f1mpt 5814	. . . . 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 5259	. . . 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 5384	. . . 4 |- ( ph -> dom F = A )
48		4sqlemafi.n	. . . . 5 |- ( ph -> N e. NN )
49	48, 5, 10	4sqlemafi 12533	. . . 4 |- ( ph -> A e. Fin )
50	47, 49	eqeltrd 2270	. . 3 |- ( ph -> dom F e. Fin )
51		fundmfibi 6997	. . . 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 7001	. 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 3153   |-> cmpt 4090   `'ccnv 4658   dom cdm 4659   ran crn 4660   Rel wrel 4664   Fun wfun 5248   -->wf 5250   -1-1->wf1 5251  (class class class)co 5918   Fincfn 6794   CCcc 7870   0cc0 7872   1c1 7873   - cmin 8190   NNcn 8982   2c2 9033   ZZcz 9317   ...cfz 10074   mod cmo 10393   ^cexp 10609

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 4144  ax-sep 4147  ax-nul 4155  ax-pow 4203  ax-pr 4238  ax-un 4464  ax-setind 4569  ax-iinf 4620  ax-cnex 7963  ax-resscn 7964  ax-1cn 7965  ax-1re 7966  ax-icn 7967  ax-addcl 7968  ax-addrcl 7969  ax-mulcl 7970  ax-mulrcl 7971  ax-addcom 7972  ax-mulcom 7973  ax-addass 7974  ax-mulass 7975  ax-distr 7976  ax-i2m1 7977  ax-0lt1 7978  ax-1rid 7979  ax-0id 7980  ax-rnegex 7981  ax-precex 7982  ax-cnre 7983  ax-pre-ltirr 7984  ax-pre-ltwlin 7985  ax-pre-lttrn 7986  ax-pre-apti 7987  ax-pre-ltadd 7988  ax-pre-mulgt0 7989  ax-pre-mulext 7990  ax-arch 7991

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 2986  df-csb 3081  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-nul 3447  df-if 3558  df-pw 3603  df-sn 3624  df-pr 3625  df-op 3627  df-uni 3836  df-int 3871  df-iun 3914  df-br 4030  df-opab 4091  df-mpt 4092  df-tr 4128  df-id 4324  df-po 4327  df-iso 4328  df-iord 4397  df-on 4399  df-ilim 4400  df-suc 4402  df-iom 4623  df-xp 4665  df-rel 4666  df-cnv 4667  df-co 4668  df-dm 4669  df-rn 4670  df-res 4671  df-ima 4672  df-iota 5215  df-fun 5256  df-fn 5257  df-f 5258  df-f1 5259  df-fo 5260  df-f1o 5261  df-fv 5262  df-riota 5873  df-ov 5921  df-oprab 5922  df-mpo 5923  df-1st 6193  df-2nd 6194  df-recs 6358  df-frec 6444  df-1o 6469  df-er 6587  df-en 6795  df-fin 6797  df-pnf 8056  df-mnf 8057  df-xr 8058  df-ltxr 8059  df-le 8060  df-sub 8192  df-neg 8193  df-reap 8594  df-ap 8601  df-div 8692  df-inn 8983  df-2 9041  df-n0 9241  df-z 9318  df-uz 9593  df-q 9685  df-rp 9720  df-fz 10075  df-fzo 10209  df-fl 10339  df-mod 10394  df-seqfrec 10519  df-exp 10610

This theorem is referenced by:  4sqlem11  12539