Theorem 2sqlem2 13830

Description: Lemma for 2sq . (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
2sq.1	⊢ 𝑆 = ran (𝑤 ∈ ℤ[i] ↦ ((abs‘𝑤)↑2))

Assertion

Ref	Expression
2sqlem2	⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑤,𝑦   𝑥,𝐴,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑤)   𝑆(𝑤)

Proof of Theorem 2sqlem2

Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sq.1	. . . 4 ⊢ 𝑆 = ran (𝑤 ∈ ℤ[i] ↦ ((abs‘𝑤)↑2))
2	1	2sqlem1 13829	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑧 ∈ ℤ[i] 𝐴 = ((abs‘𝑧)↑2))
3		elgz 12327	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] ↔ (𝑧 ∈ ℂ ∧ (ℜ‘𝑧) ∈ ℤ ∧ (ℑ‘𝑧) ∈ ℤ))
4	3	simp2bi 1009	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] → (ℜ‘𝑧) ∈ ℤ)
5	3	simp3bi 1010	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] → (ℑ‘𝑧) ∈ ℤ)
6		gzcn 12328	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] → 𝑧 ∈ ℂ)
7	6	absvalsq2d 11151	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] → ((abs‘𝑧)↑2) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + ((ℑ‘𝑧)↑2)))
8		oveq1 5864	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = (ℜ‘𝑧) → (𝑥↑2) = ((ℜ‘𝑧)↑2))
9	8	oveq1d 5872	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = (ℜ‘𝑧) → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + (𝑦↑2)))
10	9	eqeq2d 2183	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = (ℜ‘𝑧) → (((abs‘𝑧)↑2) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ ((abs‘𝑧)↑2) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + (𝑦↑2))))
11		oveq1 5864	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = (ℑ‘𝑧) → (𝑦↑2) = ((ℑ‘𝑧)↑2))
12	11	oveq2d 5873	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = (ℑ‘𝑧) → (((ℜ‘𝑧)↑2) + (𝑦↑2)) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + ((ℑ‘𝑧)↑2)))
13	12	eqeq2d 2183	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = (ℑ‘𝑧) → (((abs‘𝑧)↑2) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + (𝑦↑2)) ↔ ((abs‘𝑧)↑2) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + ((ℑ‘𝑧)↑2))))
14	10, 13	rspc2ev 2850	. . . . . 6 ⊢ (((ℜ‘𝑧) ∈ ℤ ∧ (ℑ‘𝑧) ∈ ℤ ∧ ((abs‘𝑧)↑2) = (((ℜ‘𝑧)↑2) + ((ℑ‘𝑧)↑2))) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((abs‘𝑧)↑2) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
15	4, 5, 7, 14	syl3anc 1234	. . . . 5 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((abs‘𝑧)↑2) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
16		eqeq1 2178	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 = ((abs‘𝑧)↑2) → (𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ ((abs‘𝑧)↑2) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
17	16	2rexbidv 2496	. . . . 5 ⊢ (𝐴 = ((abs‘𝑧)↑2) → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ((abs‘𝑧)↑2) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
18	15, 17	syl5ibrcom 156	. . . 4 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ[i] → (𝐴 = ((abs‘𝑧)↑2) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
19	18	rexlimiv 2582	. . 3 ⊢ (∃𝑧 ∈ ℤ[i] 𝐴 = ((abs‘𝑧)↑2) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
20	2, 19	sylbi 120	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
21		gzreim 12335	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (𝑥 + (i · 𝑦)) ∈ ℤ[i])
22		zcn 9221	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ → 𝑥 ∈ ℂ)
23		ax-icn 7873	. . . . . . . . . 10 ⊢ i ∈ ℂ
24		zcn 9221	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → 𝑦 ∈ ℂ)
25		mulcl 7905	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((i ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℂ) → (i · 𝑦) ∈ ℂ)
26	23, 24, 25	sylancr 412	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → (i · 𝑦) ∈ ℂ)
27		addcl 7903	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (i · 𝑦) ∈ ℂ) → (𝑥 + (i · 𝑦)) ∈ ℂ)
28	22, 26, 27	syl2an 287	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (𝑥 + (i · 𝑦)) ∈ ℂ)
29	28	absvalsq2d 11151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((abs‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2) = (((ℜ‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2) + ((ℑ‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2)))
30		zre 9220	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ → 𝑥 ∈ ℝ)
31		zre 9220	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → 𝑦 ∈ ℝ)
32		crre 10825	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (ℜ‘(𝑥 + (i · 𝑦))) = 𝑥)
33	30, 31, 32	syl2an 287	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (ℜ‘(𝑥 + (i · 𝑦))) = 𝑥)
34	33	oveq1d 5872	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((ℜ‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2) = (𝑥↑2))
35		crim 10826	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (ℑ‘(𝑥 + (i · 𝑦))) = 𝑦)
36	30, 31, 35	syl2an 287	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (ℑ‘(𝑥 + (i · 𝑦))) = 𝑦)
37	36	oveq1d 5872	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((ℑ‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2) = (𝑦↑2))
38	34, 37	oveq12d 5875	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (((ℜ‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2) + ((ℑ‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2)) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
39	29, 38	eqtr2d 2205	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((abs‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2))
40		fveq2 5499	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 = (𝑥 + (i · 𝑦)) → (abs‘𝑧) = (abs‘(𝑥 + (i · 𝑦))))
41	40	oveq1d 5872	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = (𝑥 + (i · 𝑦)) → ((abs‘𝑧)↑2) = ((abs‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2))
42	41	rspceeqv 2853	. . . . . 6 ⊢ (((𝑥 + (i · 𝑦)) ∈ ℤ[i] ∧ ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((abs‘(𝑥 + (i · 𝑦)))↑2)) → ∃𝑧 ∈ ℤ[i] ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((abs‘𝑧)↑2))
43	21, 39, 42	syl2anc 409	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ∃𝑧 ∈ ℤ[i] ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((abs‘𝑧)↑2))
44	1	2sqlem1 13829	. . . . 5 ⊢ (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑧 ∈ ℤ[i] ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((abs‘𝑧)↑2))
45	43, 44	sylibr 133	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ∈ 𝑆)
46		eleq1 2234	. . . 4 ⊢ (𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) → (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ∈ 𝑆))
47	45, 46	syl5ibrcom 156	. . 3 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) → 𝐴 ∈ 𝑆))
48	47	rexlimivv 2594	. 2 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) → 𝐴 ∈ 𝑆)
49	20, 48	impbii 125	1 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝐴 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))

Syntax hints:   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1349   ∈ wcel 2142  ∃wrex 2450   ↦ cmpt 4051  ran crn 4613  ‘cfv 5200  (class class class)co 5857  ℂcc 7776  ℝcr 7777  ici 7780   + caddc 7781   · cmul 7783  2c2 8933  ℤcz 9216  ↑cexp 10479  ℜcre 10808  ℑcim 10809  abscabs 10965  ℤ[i]cgz 12325

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 610  ax-in2 611  ax-io 705  ax-5 1441  ax-7 1442  ax-gen 1443  ax-ie1 1487  ax-ie2 1488  ax-8 1498  ax-10 1499  ax-11 1500  ax-i12 1501  ax-bndl 1503  ax-4 1504  ax-17 1520  ax-i9 1524  ax-ial 1528  ax-i5r 1529  ax-13 2144  ax-14 2145  ax-ext 2153  ax-coll 4105  ax-sep 4108  ax-nul 4116  ax-pow 4161  ax-pr 4195  ax-un 4419  ax-setind 4522  ax-iinf 4573  ax-cnex 7869  ax-resscn 7870  ax-1cn 7871  ax-1re 7872  ax-icn 7873  ax-addcl 7874  ax-addrcl 7875  ax-mulcl 7876  ax-mulrcl 7877  ax-addcom 7878  ax-mulcom 7879  ax-addass 7880  ax-mulass 7881  ax-distr 7882  ax-i2m1 7883  ax-0lt1 7884  ax-1rid 7885  ax-0id 7886  ax-rnegex 7887  ax-precex 7888  ax-cnre 7889  ax-pre-ltirr 7890  ax-pre-ltwlin 7891  ax-pre-lttrn 7892  ax-pre-apti 7893  ax-pre-ltadd 7894  ax-pre-mulgt0 7895  ax-pre-mulext 7896  ax-arch 7897  ax-caucvg 7898

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 831  df-3or 975  df-3an 976  df-tru 1352  df-fal 1355  df-nf 1455  df-sb 1757  df-eu 2023  df-mo 2024  df-clab 2158  df-cleq 2164  df-clel 2167  df-nfc 2302  df-ne 2342  df-nel 2437  df-ral 2454  df-rex 2455  df-reu 2456  df-rmo 2457  df-rab 2458  df-v 2733  df-sbc 2957  df-csb 3051  df-dif 3124  df-un 3126  df-in 3128  df-ss 3135  df-nul 3416  df-if 3528  df-pw 3569  df-sn 3590  df-pr 3591  df-op 3593  df-uni 3798  df-int 3833  df-iun 3876  df-br 3991  df-opab 4052  df-mpt 4053  df-tr 4089  df-id 4279  df-po 4282  df-iso 4283  df-iord 4352  df-on 4354  df-ilim 4355  df-suc 4357  df-iom 4576  df-xp 4618  df-rel 4619  df-cnv 4620  df-co 4621  df-dm 4622  df-rn 4623  df-res 4624  df-ima 4625  df-iota 5162  df-fun 5202  df-fn 5203  df-f 5204  df-f1 5205  df-fo 5206  df-f1o 5207  df-fv 5208  df-riota 5813  df-ov 5860  df-oprab 5861  df-mpo 5862  df-1st 6123  df-2nd 6124  df-recs 6288  df-frec 6374  df-pnf 7960  df-mnf 7961  df-xr 7962  df-ltxr 7963  df-le 7964  df-sub 8096  df-neg 8097  df-reap 8498  df-ap 8505  df-div 8594  df-inn 8883  df-2 8941  df-3 8942  df-4 8943  df-n0 9140  df-z 9217  df-uz 9492  df-rp 9615  df-seqfrec 10406  df-exp 10480  df-cj 10810  df-re 10811  df-im 10812  df-rsqrt 10966  df-abs 10967  df-gz 12326

This theorem is referenced by:  2sqlem5  13834  2sqlem7  13836