Theorem sqoddm1div8 10764

Description: A squared odd number minus 1 divided by 8 is the odd number multiplied with its successor divided by 2. (Contributed by AV, 19-Jul-2021.)

Assertion

Ref	Expression
sqoddm1div8	|- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( M ^ 2 ) - 1 ) / 8 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )

Proof of Theorem sqoddm1div8

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq1 5925	. . . . . 6 |- ( M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) -> ( M ^ 2 ) = ( ( ( 2 x. N ) + 1 ) ^ 2 ) )
2		2z 9345	. . . . . . . . . 10 |- 2 e. ZZ
3	2	a1i 9	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> 2 e. ZZ )
4		id 19	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> N e. ZZ )
5	3, 4	zmulcld 9445	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. N ) e. ZZ )
6	5	zcnd 9440	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. N ) e. CC )
7		binom21 10723	. . . . . . 7 |- ( ( 2 x. N ) e. CC -> ( ( ( 2 x. N ) + 1 ) ^ 2 ) = ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) )
8	6, 7	syl 14	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( 2 x. N ) + 1 ) ^ 2 ) = ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) )
9	1, 8	sylan9eqr 2248	. . . . 5 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( M ^ 2 ) = ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) )
10	9	oveq1d 5933	. . . 4 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( M ^ 2 ) - 1 ) = ( ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) - 1 ) )
11		2cnd 9055	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> 2 e. CC )
12		zcn 9322	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
13	11, 12	sqmuld 10756	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) = ( ( 2 ^ 2 ) x. ( N ^ 2 ) ) )
14		sq2 10706	. . . . . . . . . . . 12 |- ( 2 ^ 2 ) = 4
15	14	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> ( 2 ^ 2 ) = 4 )
16	15	oveq1d 5933	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 ^ 2 ) x. ( N ^ 2 ) ) = ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) )
17	13, 16	eqtrd 2226	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) = ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) )
18		mulass 8003	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( 2 e. CC /\ 2 e. CC /\ N e. CC ) -> ( ( 2 x. 2 ) x. N ) = ( 2 x. ( 2 x. N ) ) )
19	18	eqcomd 2199	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( 2 e. CC /\ 2 e. CC /\ N e. CC ) -> ( 2 x. ( 2 x. N ) ) = ( ( 2 x. 2 ) x. N ) )
20	11, 11, 12, 19	syl3anc 1249	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. ( 2 x. N ) ) = ( ( 2 x. 2 ) x. N ) )
21		2t2e4 9136	. . . . . . . . . . . 12 |- ( 2 x. 2 ) = 4
22	21	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. 2 ) = 4 )
23	22	oveq1d 5933	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 x. 2 ) x. N ) = ( 4 x. N ) )
24	20, 23	eqtrd 2226	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. ( 2 x. N ) ) = ( 4 x. N ) )
25	17, 24	oveq12d 5936	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
26	25	oveq1d 5933	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) = ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) + 1 ) )
27	26	oveq1d 5933	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) - 1 ) = ( ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) + 1 ) - 1 ) )
28		4z 9347	. . . . . . . . . . 11 |- 4 e. ZZ
29	28	a1i 9	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> 4 e. ZZ )
30		zsqcl 10681	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( N ^ 2 ) e. ZZ )
31	29, 30	zmulcld 9445	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) e. ZZ )
32	31	zcnd 9440	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) e. CC )
33	29, 4	zmulcld 9445	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. N ) e. ZZ )
34	33	zcnd 9440	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. N ) e. CC )
35	32, 34	addcld 8039	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) e. CC )
36		pncan1 8396	. . . . . . 7 |- ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) e. CC -> ( ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) + 1 ) - 1 ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
37	35, 36	syl 14	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) + 1 ) - 1 ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
38	27, 37	eqtrd 2226	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) - 1 ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
39	38	adantr 276	. . . 4 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) - 1 ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
40	10, 39	eqtrd 2226	. . 3 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( M ^ 2 ) - 1 ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
41	40	oveq1d 5933	. 2 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( M ^ 2 ) - 1 ) / 8 ) = ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) / 8 ) )
42		4cn 9060	. . . . . . 7 |- 4 e. CC
43	42	a1i 9	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> 4 e. CC )
44	30	zcnd 9440	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( N ^ 2 ) e. CC )
45	43, 44, 12	adddid 8044	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
46	45	eqcomd 2199	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) = ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) )
47	46	oveq1d 5933	. . 3 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) / 8 ) = ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) )
48	47	adantr 276	. 2 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) / 8 ) = ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) )
49		4t2e8 9140	. . . . . . 7 |- ( 4 x. 2 ) = 8
50	49	a1i 9	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. 2 ) = 8 )
51	50	eqcomd 2199	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> 8 = ( 4 x. 2 ) )
52	51	oveq2d 5934	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) = ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / ( 4 x. 2 ) ) )
53	30, 4	zaddcld 9443	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) e. ZZ )
54	53	zcnd 9440	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) e. CC )
55		2ap0 9075	. . . . . 6 |- 2 # 0
56	55	a1i 9	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> 2 # 0 )
57		4ap0 9081	. . . . . 6 |- 4 # 0
58	57	a1i 9	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> 4 # 0 )
59	54, 11, 43, 56, 58	divcanap5d 8836	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / ( 4 x. 2 ) ) = ( ( ( N ^ 2 ) + N ) / 2 ) )
60	12	sqvald 10741	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( N ^ 2 ) = ( N x. N ) )
61	60	oveq1d 5933	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) = ( ( N x. N ) + N ) )
62	12	mulridd 8036	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( N x. 1 ) = N )
63	62	eqcomd 2199	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> N = ( N x. 1 ) )
64	63	oveq2d 5934	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N x. N ) + N ) = ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) )
65		1cnd 8035	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> 1 e. CC )
66		adddi 8004	. . . . . . . 8 |- ( ( N e. CC /\ N e. CC /\ 1 e. CC ) -> ( N x. ( N + 1 ) ) = ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) )
67	66	eqcomd 2199	. . . . . . 7 |- ( ( N e. CC /\ N e. CC /\ 1 e. CC ) -> ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) = ( N x. ( N + 1 ) ) )
68	12, 12, 65, 67	syl3anc 1249	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) = ( N x. ( N + 1 ) ) )
69	61, 64, 68	3eqtrd 2230	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) = ( N x. ( N + 1 ) ) )
70	69	oveq1d 5933	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( N ^ 2 ) + N ) / 2 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )
71	52, 59, 70	3eqtrd 2230	. . 3 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )
72	71	adantr 276	. 2 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )
73	41, 48, 72	3eqtrd 2230	1 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( M ^ 2 ) - 1 ) / 8 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   /\ w3a 980   = wceq 1364   e. wcel 2164   class class class wbr 4029  (class class class)co 5918   CCcc 7870   0cc0 7872   1c1 7873   + caddc 7875   x. cmul 7877   - cmin 8190   # cap 8600   / cdiv 8691   2c2 9033   4c4 9035   8c8 9039   ZZcz 9317   ^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

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-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-3 9042  df-4 9043  df-5 9044  df-6 9045  df-7 9046  df-8 9047  df-n0 9241  df-z 9318  df-uz 9593  df-seqfrec 10519  df-exp 10610

This theorem is referenced by:  sqoddm1div8z  12027