Theorem gausslemma2dlem2 15126

Description: Lemma 2 for gausslemma2d 15133. (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 5917	. . . . . . 7 |- ( x = k -> ( x x. 2 ) = ( k x. 2 ) )
3	2	breq1d 4039	. . . . . 6 |- ( x = k -> ( ( x x. 2 ) < ( P / 2 ) <-> ( k x. 2 ) < ( P / 2 ) ) )
4	2	oveq2d 5926	. . . . . 6 |- ( x = k -> ( P - ( x x. 2 ) ) = ( P - ( k x. 2 ) ) )
5	3, 2, 4	ifbieq12d 3583	. . . . 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 10146	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( 1 ... M ) <-> ( k e. NN /\ M e. NN /\ k <_ M ) )
8		nnre 8979	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k e. NN -> k e. RR )
9	8	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> k e. RR )
10		nnre 8979	. . . . . . . . . . . 12 |- ( M e. NN -> M e. RR )
11	10	adantl 277	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ M e. NN ) -> M e. RR )
12		2re 9042	. . . . . . . . . . . . 13 |- 2 e. RR
13		2pos 9063	. . . . . . . . . . . . 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 8602	. . . . . . . . . . 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 1249	. . . . . . . . . 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 15117	. . . . . . . . . . . . . 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 8040	. . . . . . . . . . . . . . 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 8040	. . . . . . . . . . . . . . 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 15113	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ph -> P e. NN )
29	28	nnred 8985	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( ph -> P e. RR )
30	29	rehalfcld 9219	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ph -> ( P / 2 ) e. RR )
31		lelttr 8098	. . . . . . . . . . . . . 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 1309	. . . . . . . . . . . . 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 1202	. . . . . . . 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 3564	. . . 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 2226	. . 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 15116	. . . . . . 7 |- ( ph -> M e. NN0 )
44	43	nn0zd 9427	. . . . . 6 |- ( ph -> M e. ZZ )
45		gausslemma2d.h	. . . . . . . 8 |- H = ( ( P - 1 ) / 2 )
46	18, 45	gausslemma2dlem0b 15114	. . . . . . 7 |- ( ph -> H e. NN )
47	46	nnzd 9428	. . . . . 6 |- ( ph -> H e. ZZ )
48	18, 19, 45	gausslemma2dlem0g 15119	. . . . . 6 |- ( ph -> M <_ H )
49		eluz2 9588	. . . . . 6 |- ( H e. ( ZZ>= ` M ) <-> ( M e. ZZ /\ H e. ZZ /\ M <_ H ) )
50	44, 47, 48, 49	syl3anbrc 1183	. . . . 5 |- ( ph -> H e. ( ZZ>= ` M ) )
51		fzss2 10120	. . . . 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 3179	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> k e. ( 1 ... H ) )
54	53	elfzelzd 10082	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> k e. ZZ )
55		2z 9335	. . . . 5 |- 2 e. ZZ
56	55	a1i 9	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> 2 e. ZZ )
57	54, 56	zmulcld 9435	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> ( k x. 2 ) e. ZZ )
58	1, 42, 53, 57	fvmptd2 5631	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( 1 ... M ) ) -> ( R ` k ) = ( k x. 2 ) )
59	58	ralrimiva 2567	1 |- ( ph -> A. k e. ( 1 ... M ) ( R ` k ) = ( k x. 2 ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 980   = wceq 1364   e. wcel 2164   A.wral 2472   \ cdif 3150   C_ wss 3153   ifcif 3557   {csn 3618   class class class wbr 4029   |-> cmpt 4090   ` cfv 5246  (class class class)co 5910   RRcr 7861   0cc0 7862   1c1 7863   x. cmul 7867   < clt 8044   <_ cle 8045   - cmin 8180   / cdiv 8681   NNcn 8972   2c2 9023   4c4 9025   ZZcz 9307   ZZ>=cuz 9582   ...cfz 10064   |_cfl 10327   Primecprime 12235

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 4462  ax-setind 4565  ax-iinf 4616  ax-cnex 7953  ax-resscn 7954  ax-1cn 7955  ax-1re 7956  ax-icn 7957  ax-addcl 7958  ax-addrcl 7959  ax-mulcl 7960  ax-mulrcl 7961  ax-addcom 7962  ax-mulcom 7963  ax-addass 7964  ax-mulass 7965  ax-distr 7966  ax-i2m1 7967  ax-0lt1 7968  ax-1rid 7969  ax-0id 7970  ax-rnegex 7971  ax-precex 7972  ax-cnre 7973  ax-pre-ltirr 7974  ax-pre-ltwlin 7975  ax-pre-lttrn 7976  ax-pre-apti 7977  ax-pre-ltadd 7978  ax-pre-mulgt0 7979  ax-pre-mulext 7980  ax-arch 7981  ax-caucvg 7982

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-xor 1387  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 4322  df-po 4325  df-iso 4326  df-iord 4395  df-on 4397  df-ilim 4398  df-suc 4400  df-iom 4619  df-xp 4661  df-rel 4662  df-cnv 4663  df-co 4664  df-dm 4665  df-rn 4666  df-res 4667  df-ima 4668  df-iota 5207  df-fun 5248  df-fn 5249  df-f 5250  df-f1 5251  df-fo 5252  df-f1o 5253  df-fv 5254  df-riota 5865  df-ov 5913  df-oprab 5914  df-mpo 5915  df-1st 6184  df-2nd 6185  df-recs 6349  df-frec 6435  df-1o 6460  df-2o 6461  df-er 6578  df-en 6786  df-pnf 8046  df-mnf 8047  df-xr 8048  df-ltxr 8049  df-le 8050  df-sub 8182  df-neg 8183  df-reap 8584  df-ap 8591  df-div 8682  df-inn 8973  df-2 9031  df-3 9032  df-4 9033  df-n0 9231  df-z 9308  df-uz 9583  df-q 9675  df-rp 9710  df-fz 10065  df-fl 10329  df-seqfrec 10509  df-exp 10600  df-cj 10976  df-re 10977  df-im 10978  df-rsqrt 11132  df-abs 11133  df-dvds 11921  df-prm 12236

This theorem is referenced by:  gausslemma2dlem6  15131