Theorem 2lgslem1 16076

Description: Lemma 1 for 2lgs 16089. (Contributed by AV, 19-Jun-2021.)

Assertion

Ref	Expression
2lgslem1	⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))}) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))

Distinct variable group:   𝑃,𝑖,𝑥

Proof of Theorem 2lgslem1

Dummy variables 𝑓 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2lgslem1a 16073	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → {𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))} = {𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})
2	1	fveq2d 5679	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))}) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
3		prmz 12833	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
4		4nn 9418	. . . . . . . 8 ⊢ 4 ∈ ℕ
5		znq 9974	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑃 ∈ ℤ ∧ 4 ∈ ℕ) → (𝑃 / 4) ∈ ℚ)
6	3, 4, 5	sylancl 413	. . . . . . 7 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 / 4) ∈ ℚ)
7	6	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (𝑃 / 4) ∈ ℚ)
8	7	flqcld 10661	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ)
9	8	peano2zd 9721	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1) ∈ ℤ)
10		nnoddn2prmb 12985	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ (ℙ ∖ {2}) ↔ (𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃))
11		oddprm 12982	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ (ℙ ∖ {2}) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ)
12	10, 11	sylbir 135	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℕ)
13	12	nnzd 9717	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ)
14	9, 13	fzfigd 10817	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ∈ Fin)
15	14	mptexd 5918	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) ∈ V)
16		eqid 2234	. . . . 5 ⊢ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) = (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))
17		eqid 2234	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) = (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2))
18	16, 17	2lgslem1b 16074	. . . 4 ⊢ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)):(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}
19		f1oeq1 5607	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) → (𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)} ↔ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)):(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
20	19	spcegv 2907	. . . 4 ⊢ ((𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) ∈ V → ((𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)):(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)} → ∃𝑓 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
21	15, 18, 20	mpisyl 1492	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ∃𝑓 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})
22		fihasheqf1oi 11175	. . . . 5 ⊢ (((((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ∈ Fin ∧ 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
23	22	ex 115	. . . 4 ⊢ ((((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ∈ Fin → (𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)} → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})))
24	23	exlimdv 1868	. . 3 ⊢ ((((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ∈ Fin → (∃𝑓 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)} → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})))
25	14, 21, 24	sylc 62	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
26	6	flqcld 10661	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ)
27	26	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ)
28		oddm1d2 12603	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ))
29	3, 28	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ))
30	29	biimpa 296	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ)
31		2lgslem1c 16075	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (⌊‘(𝑃 / 4)) ≤ ((𝑃 − 1) / 2))
32		eluz2 9877	. . . 4 ⊢ (((𝑃 − 1) / 2) ∈ (ℤ≥‘(⌊‘(𝑃 / 4))) ↔ ((⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ ∧ (⌊‘(𝑃 / 4)) ≤ ((𝑃 − 1) / 2)))
33	27, 30, 31, 32	syl3anbrc 1208	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ (ℤ≥‘(⌊‘(𝑃 / 4))))
34		hashfzp1 11214	. . 3 ⊢ (((𝑃 − 1) / 2) ∈ (ℤ≥‘(⌊‘(𝑃 / 4))) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))
35	33, 34	syl 14	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))
36	2, 25, 35	3eqtr2d 2273	1 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))}) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1398  ∃wex 1541   ∈ wcel 2205  ∃wrex 2523  {crab 2526  Vcvv 2815   ∖ cdif 3211  {csn 3694   class class class wbr 4114   ↦ cmpt 4176  –1-1-onto→wf1o 5356  ‘cfv 5357  (class class class)co 6058  Fincfn 6988  1c1 8144   + caddc 8146   · cmul 8148   < clt 8324   ≤ cle 8325   − cmin 8460   / cdiv 8963  ℕcn 9254  2c2 9305  4c4 9307  ℤcz 9594  ℤ_≥cuz 9871  ℚcq 9969  ...cfz 10361  ⌊cfl 10652   mod cmo 10708  ♯chash 11163   ∥ cdvds 12498  ℙcprime 12829

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4230  ax-sep 4233  ax-nul 4241  ax-pow 4292  ax-pr 4327  ax-un 4559  ax-setind 4664  ax-iinf 4715  ax-cnex 8234  ax-resscn 8235  ax-1cn 8236  ax-1re 8237  ax-icn 8238  ax-addcl 8239  ax-addrcl 8240  ax-mulcl 8241  ax-mulrcl 8242  ax-addcom 8243  ax-mulcom 8244  ax-addass 8245  ax-mulass 8246  ax-distr 8247  ax-i2m1 8248  ax-0lt1 8249  ax-1rid 8250  ax-0id 8251  ax-rnegex 8252  ax-precex 8253  ax-cnre 8254  ax-pre-ltirr 8255  ax-pre-ltwlin 8256  ax-pre-lttrn 8257  ax-pre-apti 8258  ax-pre-ltadd 8259  ax-pre-mulgt0 8260  ax-pre-mulext 8261  ax-arch 8262  ax-caucvg 8263

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-xor 1421  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-nel 2510  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rmo 2530  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3046  df-csb 3142  df-dif 3216  df-un 3218  df-in 3220  df-ss 3227  df-nul 3513  df-if 3625  df-pw 3676  df-sn 3700  df-pr 3701  df-op 3703  df-uni 3920  df-int 3955  df-iun 3998  df-br 4115  df-opab 4177  df-mpt 4178  df-tr 4214  df-id 4419  df-po 4422  df-iso 4423  df-iord 4492  df-on 4494  df-ilim 4495  df-suc 4497  df-iom 4718  df-xp 4760  df-rel 4761  df-cnv 4762  df-co 4763  df-dm 4764  df-rn 4765  df-res 4766  df-ima 4767  df-iota 5317  df-fun 5359  df-fn 5360  df-f 5361  df-f1 5362  df-fo 5363  df-f1o 5364  df-fv 5365  df-riota 6011  df-ov 6061  df-oprab 6062  df-mpo 6063  df-1st 6347  df-2nd 6348  df-recs 6549  df-frec 6635  df-1o 6660  df-2o 6661  df-er 6780  df-en 6989  df-dom 6990  df-fin 6991  df-pnf 8326  df-mnf 8327  df-xr 8328  df-ltxr 8329  df-le 8330  df-sub 8462  df-neg 8463  df-reap 8866  df-ap 8873  df-div 8964  df-inn 9255  df-2 9313  df-3 9314  df-4 9315  df-n0 9514  df-z 9595  df-uz 9872  df-q 9970  df-rp 10005  df-fz 10362  df-fl 10654  df-mod 10709  df-seqfrec 10834  df-exp 10925  df-ihash 11164  df-cj 11552  df-re 11553  df-im 11554  df-rsqrt 11708  df-abs 11709  df-dvds 12499  df-prm 12830

This theorem is referenced by:  2lgs  16089