Theorem gausslemma2dlem2 15609

Description: Lemma 2 for gausslemma2d 15616. (Contributed by AV, 4-Jul-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
gausslemma2d.p	|- ( ph -> P e. ( Prime \ { 2 } ) )
gausslemma2d.h	|- H = ( ( P - 1 ) / 2 )
gausslemma2d.r	|- R = ( x e. ( 1 ... H ) |-> if ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( x x. 2 ) , ( P - ( x x. 2 ) ) ) )
gausslemma2d.m	|- M = ( |_ ` ( P / 4 ) )

Assertion

Ref	Expression
gausslemma2dlem2	|- ( ph -> A. k e. ( 1 ... M ) ( R ` k ) = ( k x. 2 ) )

Distinct variable groups:   x, H   x, P   ph, x   k, H   R, k   ph, k   x, M   x, k

Allowed substitution hints:   P( k)   R( x)   M( k)

Proof of Theorem gausslemma2dlem2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		gausslemma2d.r	. . 3 |- R = ( x e. ( 1 ... H ) |-> if ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( x x. 2 ) , ( P - ( x x. 2 ) ) ) )
2		oveq1 5963	. . . . . . 7 |- ( x = k -> ( x x. 2 ) = ( k x. 2 ) )
3	2	breq1d 4060	. . . . . 6 |- ( x = k -> ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) <-> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
4	2	oveq2d 5972	. . . . . 6 |- ( x = k -> ( P - ( x x. 2 ) ) = ( P - ( k x. 2 ) ) )
5	3, 2, 4	ifbieq12d 3601	. . . . 5 |- ( x = k -> if ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( x x. 2 ) , ( P - ( x x. 2 ) ) ) = if ( ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( k x. 2 ) , ( P - ( k x. 2 ) ) ) )
6	5	adantl 277	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) /\ x = k ) -> if ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( x x. 2 ) , ( P - ( x x. 2 ) ) ) = if ( ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( k x. 2 ) , ( P - ( k x. 2 ) ) ) )
7		elfz1b 10227	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( 1 ... M ) <-> ( k e. NN /\ M e. NN /\ k <_ M ) )
8		nnre 9058	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k e. NN -> k e. RR )
9	8	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> k e. RR )
10		nnre 9058	. . . . . . . . . . . 12 |- ( M e. NN -> M e. RR )
11	10	adantl 277	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> M e. RR )
12		2re 9121	. . . . . . . . . . . . 13 |- 2 e. RR
13		2pos 9142	. . . . . . . . . . . . 13 |- 0 < 2
14	12, 13	pm3.2i 272	. . . . . . . . . . . 12 |- ( 2 e. RR /\ 0 < 2 )
15	14	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( 2 e. RR /\ 0 < 2 ) )
16		lemul1 8681	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. RR /\ M e. RR /\ ( 2 e. RR /\ 0 < 2 ) ) -> ( k <_ M <-> ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) ) )
17	9, 11, 15, 16	syl3anc 1250	. . . . . . . . . 10 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( k <_ M <-> ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) ) )
18		gausslemma2d.p	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( ph -> P e. ( Prime \ { 2 } ) )
19		gausslemma2d.m	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- M = ( |_ ` ( P / 4 ) )
20	18, 19	gausslemma2dlem0e 15600	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ph -> ( M x. 2 ) < ( P / 2 ) )
21	20	adantl 277	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( ( k e. NN /\ M e. NN ) /\ ph ) -> ( M x. 2 ) < ( P / 2 ) )
22	12	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( k e. NN -> 2 e. RR )
23	8, 22	remulcld 8118	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( k e. NN -> ( k x. 2 ) e. RR )
24	23	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( k x. 2 ) e. RR )
25	12	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( M e. NN -> 2 e. RR )
26	10, 25	remulcld 8118	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( M e. NN -> ( M x. 2 ) e. RR )
27	26	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( M x. 2 ) e. RR )
28	18	gausslemma2dlem0a 15596	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ph -> P e. NN )
29	28	nnred 9064	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( ph -> P e. RR )
30	29	rehalfcld 9299	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ph -> ( P / 2 ) e. RR )
31		lelttr 8176	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( ( k x. 2 ) e. RR /\ ( M x. 2 ) e. RR /\ ( P / 2 ) e. RR ) -> ( ( ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) /\ ( M x. 2 ) < ( P / 2 ) ) -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
32	24, 27, 30, 31	syl2an3an 1311	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( ( k e. NN /\ M e. NN ) /\ ph ) -> ( ( ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) /\ ( M x. 2 ) < ( P / 2 ) ) -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
33	21, 32	mpan2d 428	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( k e. NN /\ M e. NN ) /\ ph ) -> ( ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
34	33	ex 115	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( ph -> ( ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) ) )
35	34	com23 78	. . . . . . . . . 10 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( ( k x. 2 ) <_ ( M x. 2 ) -> ( ph -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) ) )
36	17, 35	sylbid 150	. . . . . . . . 9 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> ( k <_ M -> ( ph -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) ) )
37	36	3impia 1203	. . . . . . . 8 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN /\ k <_ M ) -> ( ph -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
38	7, 37	sylbi 121	. . . . . . 7 |- ( k e. ( 1 ... M ) -> ( ph -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
39	38	impcom 125	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) )
40	39	adantr 276	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) /\ x = k ) -> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) )
41	40	iftrued 3582	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) /\ x = k ) -> if ( ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( k x. 2 ) , ( P - ( k x. 2 ) ) ) = ( k x. 2 ) )
42	6, 41	eqtrd 2239	. . 3 |- ( ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) /\ x = k ) -> if ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) , ( x x. 2 ) , ( P - ( x x. 2 ) ) ) = ( k x. 2 ) )
43	18, 19	gausslemma2dlem0d 15599	. . . . . . 7 |- ( ph -> M e. NN0 )
44	43	nn0zd 9508	. . . . . 6 |- ( ph -> M e. ZZ )
45		gausslemma2d.h	. . . . . . . 8 |- H = ( ( P - 1 ) / 2 )
46	18, 45	gausslemma2dlem0b 15597	. . . . . . 7 |- ( ph -> H e. NN )
47	46	nnzd 9509	. . . . . 6 |- ( ph -> H e. ZZ )
48	18, 19, 45	gausslemma2dlem0g 15602	. . . . . 6 |- ( ph -> M <_ H )
49		eluz2 9669	. . . . . 6 |- ( H e. ( ZZ>= ` M ) <-> ( M e. ZZ /\ H e. ZZ /\ M <_ H ) )
50	44, 47, 48, 49	syl3anbrc 1184	. . . . 5 |- ( ph -> H e. ( ZZ>= ` M ) )
51		fzss2 10201	. . . . 5 |- ( H e. ( ZZ>= ` M ) -> ( 1 ... M ) C_ ( 1 ... H ) )
52	50, 51	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> ( 1 ... M ) C_ ( 1 ... H ) )
53	52	sselda 3197	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> k e. ( 1 ... H ) )
54	53	elfzelzd 10163	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> k e. ZZ )
55		2z 9415	. . . . 5 |- 2 e. ZZ
56	55	a1i 9	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> 2 e. ZZ )
57	54, 56	zmulcld 9516	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> ( k x. 2 ) e. ZZ )
58	1, 42, 53, 57	fvmptd2 5673	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> ( R ` k ) = ( k x. 2 ) )
59	58	ralrimiva 2580	1 |- ( ph -> A. k e. ( 1 ... M ) ( R ` k ) = ( k x. 2 ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 981   = wceq 1373   e. wcel 2177   A.wral 2485   \ cdif 3167   C_ wss 3170   ifcif 3575   {csn 3637   class class class wbr 4050   |-> cmpt 4112   ` cfv 5279  (class class class)co 5956   RRcr 7939   0cc0 7940   1c1 7941   x. cmul 7945   < clt 8122   <_ cle 8123   - cmin 8258   / cdiv 8760   NNcn 9051   2c2 9102   4c4 9104   ZZcz 9387   ZZ>=cuz 9663   ...cfz 10145   |_cfl 10428   Primecprime 12499

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 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-coll 4166  ax-sep 4169  ax-nul 4177  ax-pow 4225  ax-pr 4260  ax-un 4487  ax-setind 4592  ax-iinf 4643  ax-cnex 8031  ax-resscn 8032  ax-1cn 8033  ax-1re 8034  ax-icn 8035  ax-addcl 8036  ax-addrcl 8037  ax-mulcl 8038  ax-mulrcl 8039  ax-addcom 8040  ax-mulcom 8041  ax-addass 8042  ax-mulass 8043  ax-distr 8044  ax-i2m1 8045  ax-0lt1 8046  ax-1rid 8047  ax-0id 8048  ax-rnegex 8049  ax-precex 8050  ax-cnre 8051  ax-pre-ltirr 8052  ax-pre-ltwlin 8053  ax-pre-lttrn 8054  ax-pre-apti 8055  ax-pre-ltadd 8056  ax-pre-mulgt0 8057  ax-pre-mulext 8058  ax-arch 8059  ax-caucvg 8060

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-xor 1396  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rmo 2493  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3003  df-csb 3098  df-dif 3172  df-un 3174  df-in 3176  df-ss 3183  df-nul 3465  df-if 3576  df-pw 3622  df-sn 3643  df-pr 3644  df-op 3646  df-uni 3856  df-int 3891  df-iun 3934  df-br 4051  df-opab 4113  df-mpt 4114  df-tr 4150  df-id 4347  df-po 4350  df-iso 4351  df-iord 4420  df-on 4422  df-ilim 4423  df-suc 4425  df-iom 4646  df-xp 4688  df-rel 4689  df-cnv 4690  df-co 4691  df-dm 4692  df-rn 4693  df-res 4694  df-ima 4695  df-iota 5240  df-fun 5281  df-fn 5282  df-f 5283  df-f1 5284  df-fo 5285  df-f1o 5286  df-fv 5287  df-riota 5911  df-ov 5959  df-oprab 5960  df-mpo 5961  df-1st 6238  df-2nd 6239  df-recs 6403  df-frec 6489  df-1o 6514  df-2o 6515  df-er 6632  df-en 6840  df-pnf 8124  df-mnf 8125  df-xr 8126  df-ltxr 8127  df-le 8128  df-sub 8260  df-neg 8261  df-reap 8663  df-ap 8670  df-div 8761  df-inn 9052  df-2 9110  df-3 9111  df-4 9112  df-n0 9311  df-z 9388  df-uz 9664  df-q 9756  df-rp 9791  df-fz 10146  df-fl 10430  df-seqfrec 10610  df-exp 10701  df-cj 11223  df-re 11224  df-im 11225  df-rsqrt 11379  df-abs 11380  df-dvds 12169  df-prm 12500

This theorem is referenced by:  gausslemma2dlem6  15614