Theorem sqoddm1div8 10106

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 5659	. . . . . 6 |- ( M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) -> ( M ^ 2 ) = ( ( ( 2 x. N ) + 1 ) ^ 2 ) )
2		2z 8778	. . . . . . . . . 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 8874	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. N ) e. ZZ )
6	5	zcnd 8869	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. N ) e. CC )
7		binom21 10066	. . . . . . 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 2142	. . . . 5 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( M ^ 2 ) = ( ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) + 1 ) )
10	9	oveq1d 5667	. . . 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 8495	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> 2 e. CC )
12		zcn 8755	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
13	11, 12	sqmuld 10098	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) = ( ( 2 ^ 2 ) x. ( N ^ 2 ) ) )
14		sq2 10050	. . . . . . . . . . . 12 |- ( 2 ^ 2 ) = 4
15	14	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> ( 2 ^ 2 ) = 4 )
16	15	oveq1d 5667	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 ^ 2 ) x. ( N ^ 2 ) ) = ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) )
17	13, 16	eqtrd 2120	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) = ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) )
18		mulass 7473	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( 2 e. CC /\ 2 e. CC /\ N e. CC ) -> ( ( 2 x. 2 ) x. N ) = ( 2 x. ( 2 x. N ) ) )
19	18	eqcomd 2093	. . . . . . . . . . 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 1174	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. ( 2 x. N ) ) = ( ( 2 x. 2 ) x. N ) )
21		2t2e4 8570	. . . . . . . . . . . 12 |- ( 2 x. 2 ) = 4
22	21	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. 2 ) = 4 )
23	22	oveq1d 5667	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( ( 2 x. 2 ) x. N ) = ( 4 x. N ) )
24	20, 23	eqtrd 2120	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( 2 x. ( 2 x. N ) ) = ( 4 x. N ) )
25	17, 24	oveq12d 5670	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( 2 x. N ) ^ 2 ) + ( 2 x. ( 2 x. N ) ) ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
26	25	oveq1d 5667	. . . . . . 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 5667	. . . . . 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 8780	. . . . . . . . . . 11 |- 4 e. ZZ
29	28	a1i 9	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> 4 e. ZZ )
30		zsqcl 10025	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ZZ -> ( N ^ 2 ) e. ZZ )
31	29, 30	zmulcld 8874	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) e. ZZ )
32	31	zcnd 8869	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) e. CC )
33	29, 4	zmulcld 8874	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. N ) e. ZZ )
34	33	zcnd 8869	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. N ) e. CC )
35	32, 34	addcld 7507	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) e. CC )
36		pncan1 7855	. . . . . . 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 2120	. . . . 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 270	. . . 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 2120	. . 3 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( M ^ 2 ) - 1 ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
41	40	oveq1d 5667	. 2 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( M ^ 2 ) - 1 ) / 8 ) = ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) / 8 ) )
42		4cn 8500	. . . . . . 7 |- 4 e. CC
43	42	a1i 9	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> 4 e. CC )
44	30	zcnd 8869	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( N ^ 2 ) e. CC )
45	43, 44, 12	adddid 7512	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) = ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) )
46	45	eqcomd 2093	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) = ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) )
47	46	oveq1d 5667	. . 3 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( 4 x. ( N ^ 2 ) ) + ( 4 x. N ) ) / 8 ) = ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) )
48	47	adantr 270	. 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 8574	. . . . . . 7 |- ( 4 x. 2 ) = 8
50	49	a1i 9	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( 4 x. 2 ) = 8 )
51	50	eqcomd 2093	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> 8 = ( 4 x. 2 ) )
52	51	oveq2d 5668	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) = ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / ( 4 x. 2 ) ) )
53	30, 4	zaddcld 8872	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) e. ZZ )
54	53	zcnd 8869	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) e. CC )
55		2ap0 8515	. . . . . 6 |- 2 # 0
56	55	a1i 9	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> 2 # 0 )
57		4ap0 8521	. . . . . 6 |- 4 # 0
58	57	a1i 9	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> 4 # 0 )
59	54, 11, 43, 56, 58	divcanap5d 8284	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / ( 4 x. 2 ) ) = ( ( ( N ^ 2 ) + N ) / 2 ) )
60	12	sqvald 10083	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> ( N ^ 2 ) = ( N x. N ) )
61	60	oveq1d 5667	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) = ( ( N x. N ) + N ) )
62	12	mulid1d 7505	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( N x. 1 ) = N )
63	62	eqcomd 2093	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> N = ( N x. 1 ) )
64	63	oveq2d 5668	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N x. N ) + N ) = ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) )
65		1cnd 7504	. . . . . . 7 |- ( N e. ZZ -> 1 e. CC )
66		adddi 7474	. . . . . . . 8 |- ( ( N e. CC /\ N e. CC /\ 1 e. CC ) -> ( N x. ( N + 1 ) ) = ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) )
67	66	eqcomd 2093	. . . . . . 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 1174	. . . . . 6 |- ( N e. ZZ -> ( ( N x. N ) + ( N x. 1 ) ) = ( N x. ( N + 1 ) ) )
69	61, 64, 68	3eqtrd 2124	. . . . 5 |- ( N e. ZZ -> ( ( N ^ 2 ) + N ) = ( N x. ( N + 1 ) ) )
70	69	oveq1d 5667	. . . 4 |- ( N e. ZZ -> ( ( ( N ^ 2 ) + N ) / 2 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )
71	52, 59, 70	3eqtrd 2124	. . 3 |- ( N e. ZZ -> ( ( 4 x. ( ( N ^ 2 ) + N ) ) / 8 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )
72	71	adantr 270	. 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 2124	1 |- ( ( N e. ZZ /\ M = ( ( 2 x. N ) + 1 ) ) -> ( ( ( M ^ 2 ) - 1 ) / 8 ) = ( ( N x. ( N + 1 ) ) / 2 ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 102   /\ w3a 924   = wceq 1289   e. wcel 1438   class class class wbr 3845  (class class class)co 5652   CCcc 7348   0cc0 7350   1c1 7351   + caddc 7353   x. cmul 7355   - cmin 7653   # cap 8058   / cdiv 8139   2c2 8473   4c4 8475   8c8 8479   ZZcz 8750   ^cexp 9954

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 579  ax-in2 580  ax-io 665  ax-5 1381  ax-7 1382  ax-gen 1383  ax-ie1 1427  ax-ie2 1428  ax-8 1440  ax-10 1441  ax-11 1442  ax-i12 1443  ax-bndl 1444  ax-4 1445  ax-13 1449  ax-14 1450  ax-17 1464  ax-i9 1468  ax-ial 1472  ax-i5r 1473  ax-ext 2070  ax-coll 3954  ax-sep 3957  ax-nul 3965  ax-pow 4009  ax-pr 4036  ax-un 4260  ax-setind 4353  ax-iinf 4403  ax-cnex 7436  ax-resscn 7437  ax-1cn 7438  ax-1re 7439  ax-icn 7440  ax-addcl 7441  ax-addrcl 7442  ax-mulcl 7443  ax-mulrcl 7444  ax-addcom 7445  ax-mulcom 7446  ax-addass 7447  ax-mulass 7448  ax-distr 7449  ax-i2m1 7450  ax-0lt1 7451  ax-1rid 7452  ax-0id 7453  ax-rnegex 7454  ax-precex 7455  ax-cnre 7456  ax-pre-ltirr 7457  ax-pre-ltwlin 7458  ax-pre-lttrn 7459  ax-pre-apti 7460  ax-pre-ltadd 7461  ax-pre-mulgt0 7462  ax-pre-mulext 7463

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 781  df-3or 925  df-3an 926  df-tru 1292  df-fal 1295  df-nf 1395  df-sb 1693  df-eu 1951  df-mo 1952  df-clab 2075  df-cleq 2081  df-clel 2084  df-nfc 2217  df-ne 2256  df-nel 2351  df-ral 2364  df-rex 2365  df-reu 2366  df-rmo 2367  df-rab 2368  df-v 2621  df-sbc 2841  df-csb 2934  df-dif 3001  df-un 3003  df-in 3005  df-ss 3012  df-nul 3287  df-if 3394  df-pw 3431  df-sn 3452  df-pr 3453  df-op 3455  df-uni 3654  df-int 3689  df-iun 3732  df-br 3846  df-opab 3900  df-mpt 3901  df-tr 3937  df-id 4120  df-po 4123  df-iso 4124  df-iord 4193  df-on 4195  df-ilim 4196  df-suc 4198  df-iom 4406  df-xp 4444  df-rel 4445  df-cnv 4446  df-co 4447  df-dm 4448  df-rn 4449  df-res 4450  df-ima 4451  df-iota 4980  df-fun 5017  df-fn 5018  df-f 5019  df-f1 5020  df-fo 5021  df-f1o 5022  df-fv 5023  df-riota 5608  df-ov 5655  df-oprab 5656  df-mpt2 5657  df-1st 5911  df-2nd 5912  df-recs 6070  df-frec 6156  df-pnf 7524  df-mnf 7525  df-xr 7526  df-ltxr 7527  df-le 7528  df-sub 7655  df-neg 7656  df-reap 8052  df-ap 8059  df-div 8140  df-inn 8423  df-2 8481  df-3 8482  df-4 8483  df-5 8484  df-6 8485  df-7 8486  df-8 8487  df-n0 8674  df-z 8751  df-uz 9020  df-iseq 9853  df-seq3 9854  df-exp 9955

This theorem is referenced by:  sqoddm1div8z  11164