Theorem 2sqlem5 13749

Description: Lemma for 2sq . If a number that is a sum of two squares is divisible by a prime that is a sum of two squares, then the quotient is a sum of two squares. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Jun-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
2sq.1	⊢ 𝑆 = ran (𝑤 ∈ ℤ[i] ↦ ((abs‘𝑤)↑2))
2sqlem5.1	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
2sqlem5.2	⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ)
2sqlem5.3	⊢ (𝜑 → (𝑁 · 𝑃) ∈ 𝑆)
2sqlem5.4	⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ 𝑆)

Assertion

Ref	Expression
2sqlem5	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ 𝑆)

Proof of Theorem 2sqlem5

Dummy variables 𝑝 𝑞 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sqlem5.4	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ 𝑆)
2		2sq.1	. . . 4 ⊢ 𝑆 = ran (𝑤 ∈ ℤ[i] ↦ ((abs‘𝑤)↑2))
3	2	2sqlem2 13745	. . 3 ⊢ (𝑃 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑝 ∈ ℤ ∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)))
4	1, 3	sylib 121	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑝 ∈ ℤ ∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)))
5		2sqlem5.3	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · 𝑃) ∈ 𝑆)
6	2	2sqlem2 13745	. . 3 ⊢ ((𝑁 · 𝑃) ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
7	5, 6	sylib 121	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
8		reeanv 2639	. . 3 ⊢ (∃𝑝 ∈ ℤ ∃𝑥 ∈ ℤ (∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ (∃𝑝 ∈ ℤ ∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
9		reeanv 2639	. . . . 5 ⊢ (∃𝑞 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ↔ (∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))
10		2sqlem5.1	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
11	10	ad2antrr 485	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑁 ∈ ℕ)
12		2sqlem5.2	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ)
13	12	ad2antrr 485	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑃 ∈ ℙ)
14		simplrr 531	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑥 ∈ ℤ)
15		simprlr 533	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑦 ∈ ℤ)
16		simplrl 530	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑝 ∈ ℤ)
17		simprll 532	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑞 ∈ ℤ)
18		simprrr 535	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
19		simprrl 534	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)))
20	2, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19	2sqlem4 13748	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ ((𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))))) → 𝑁 ∈ 𝑆)
21	20	expr 373	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) ∧ (𝑞 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) → ((𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑁 ∈ 𝑆))
22	21	rexlimdvva 2595	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) → (∃𝑞 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑁 ∈ 𝑆))
23	9, 22	syl5bir 152	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℤ)) → ((∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑁 ∈ 𝑆))
24	23	rexlimdvva 2595	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℤ ∃𝑥 ∈ ℤ (∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑁 ∈ 𝑆))
25	8, 24	syl5bir 152	. 2 ⊢ (𝜑 → ((∃𝑝 ∈ ℤ ∃𝑞 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑝↑2) + (𝑞↑2)) ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑁 · 𝑃) = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑁 ∈ 𝑆))
26	4, 7, 25	mp2and 431	1 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ 𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   = wceq 1348   ∈ wcel 2141  ∃wrex 2449   ↦ cmpt 4050  ran crn 4612  ‘cfv 5198  (class class class)co 5853   + caddc 7777   · cmul 7779  ℕcn 8878  2c2 8929  ℤcz 9212  ↑cexp 10475  abscabs 10961  ℙcprime 12061  ℤ[i]cgz 12321

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 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4104  ax-sep 4107  ax-nul 4115  ax-pow 4160  ax-pr 4194  ax-un 4418  ax-setind 4521  ax-iinf 4572  ax-cnex 7865  ax-resscn 7866  ax-1cn 7867  ax-1re 7868  ax-icn 7869  ax-addcl 7870  ax-addrcl 7871  ax-mulcl 7872  ax-mulrcl 7873  ax-addcom 7874  ax-mulcom 7875  ax-addass 7876  ax-mulass 7877  ax-distr 7878  ax-i2m1 7879  ax-0lt1 7880  ax-1rid 7881  ax-0id 7882  ax-rnegex 7883  ax-precex 7884  ax-cnre 7885  ax-pre-ltirr 7886  ax-pre-ltwlin 7887  ax-pre-lttrn 7888  ax-pre-apti 7889  ax-pre-ltadd 7890  ax-pre-mulgt0 7891  ax-pre-mulext 7892  ax-arch 7893  ax-caucvg 7894

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 830  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rmo 2456  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-if 3527  df-pw 3568  df-sn 3589  df-pr 3590  df-op 3592  df-uni 3797  df-int 3832  df-iun 3875  df-br 3990  df-opab 4051  df-mpt 4052  df-tr 4088  df-id 4278  df-po 4281  df-iso 4282  df-iord 4351  df-on 4353  df-ilim 4354  df-suc 4356  df-iom 4575  df-xp 4617  df-rel 4618  df-cnv 4619  df-co 4620  df-dm 4621  df-rn 4622  df-res 4623  df-ima 4624  df-iota 5160  df-fun 5200  df-fn 5201  df-f 5202  df-f1 5203  df-fo 5204  df-f1o 5205  df-fv 5206  df-riota 5809  df-ov 5856  df-oprab 5857  df-mpo 5858  df-1st 6119  df-2nd 6120  df-recs 6284  df-frec 6370  df-1o 6395  df-2o 6396  df-er 6513  df-en 6719  df-sup 6961  df-pnf 7956  df-mnf 7957  df-xr 7958  df-ltxr 7959  df-le 7960  df-sub 8092  df-neg 8093  df-reap 8494  df-ap 8501  df-div 8590  df-inn 8879  df-2 8937  df-3 8938  df-4 8939  df-n0 9136  df-z 9213  df-uz 9488  df-q 9579  df-rp 9611  df-fz 9966  df-fzo 10099  df-fl 10226  df-mod 10279  df-seqfrec 10402  df-exp 10476  df-cj 10806  df-re 10807  df-im 10808  df-rsqrt 10962  df-abs 10963  df-dvds 11750  df-gcd 11898  df-prm 12062  df-gz 12322

This theorem is referenced by:  2sqlem6  13750