Theorem 4sqlem1 12711

Description: Lemma for 4sq 12733. The set 𝑆 is the set of all numbers that are expressible as a sum of four squares. Our goal is to show that 𝑆 = ℕ₀; here we show one subset direction. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jul-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
4sq.1	⊢ 𝑆 = {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))}

Assertion

Ref	Expression
4sqlem1	⊢ 𝑆 ⊆ ℕ0

Distinct variable groups:   𝑤,𝑛,𝑥,𝑦,𝑧   𝑆,𝑛

Allowed substitution hints:   𝑆(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)

Proof of Theorem 4sqlem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		4sq.1	. 2 ⊢ 𝑆 = {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))}
2		zsqcl2 10762	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ → (𝑥↑2) ∈ ℕ0)
3		zsqcl2 10762	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → (𝑦↑2) ∈ ℕ0)
4		nn0addcl 9330	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑥↑2) ∈ ℕ0 ∧ (𝑦↑2) ∈ ℕ0) → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ∈ ℕ0)
5	2, 3, 4	syl2an 289	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ∈ ℕ0)
6		zsqcl2 10762	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → (𝑧↑2) ∈ ℕ0)
7		zsqcl2 10762	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ ℤ → (𝑤↑2) ∈ ℕ0)
8		nn0addcl 9330	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑧↑2) ∈ ℕ0 ∧ (𝑤↑2) ∈ ℕ0) → ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) ∈ ℕ0)
9	6, 7, 8	syl2an 289	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑤 ∈ ℤ) → ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) ∈ ℕ0)
10		nn0addcl 9330	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ∈ ℕ0 ∧ ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) ∈ ℕ0) → (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ∈ ℕ0)
11	5, 9, 10	syl2an 289	. . . . . 6 ⊢ (((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑤 ∈ ℤ)) → (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ∈ ℕ0)
12		eleq1a 2277	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ∈ ℕ0 → (𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) → 𝑛 ∈ ℕ0))
13	11, 12	syl 14	. . . . 5 ⊢ (((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) ∧ (𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑤 ∈ ℤ)) → (𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) → 𝑛 ∈ ℕ0))
14	13	rexlimdvva 2631	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) → 𝑛 ∈ ℕ0))
15	14	rexlimivv 2629	. . 3 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) → 𝑛 ∈ ℕ0)
16	15	abssi 3268	. 2 ⊢ {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))} ⊆ ℕ0
17	1, 16	eqsstri 3225	1 ⊢ 𝑆 ⊆ ℕ0

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1373   ∈ wcel 2176  {cab 2191  ∃wrex 2485   ⊆ wss 3166  (class class class)co 5944   + caddc 7928  2c2 9087  ℕ₀cn0 9295  ℤcz 9372  ↑cexp 10683

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 711  ax-5 1470  ax-7 1471  ax-gen 1472  ax-ie1 1516  ax-ie2 1517  ax-8 1527  ax-10 1528  ax-11 1529  ax-i12 1530  ax-bndl 1532  ax-4 1533  ax-17 1549  ax-i9 1553  ax-ial 1557  ax-i5r 1558  ax-13 2178  ax-14 2179  ax-ext 2187  ax-coll 4159  ax-sep 4162  ax-nul 4170  ax-pow 4218  ax-pr 4253  ax-un 4480  ax-setind 4585  ax-iinf 4636  ax-cnex 8016  ax-resscn 8017  ax-1cn 8018  ax-1re 8019  ax-icn 8020  ax-addcl 8021  ax-addrcl 8022  ax-mulcl 8023  ax-mulrcl 8024  ax-addcom 8025  ax-mulcom 8026  ax-addass 8027  ax-mulass 8028  ax-distr 8029  ax-i2m1 8030  ax-0lt1 8031  ax-1rid 8032  ax-0id 8033  ax-rnegex 8034  ax-precex 8035  ax-cnre 8036  ax-pre-ltirr 8037  ax-pre-ltwlin 8038  ax-pre-lttrn 8039  ax-pre-apti 8040  ax-pre-ltadd 8041  ax-pre-mulgt0 8042  ax-pre-mulext 8043

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1484  df-sb 1786  df-eu 2057  df-mo 2058  df-clab 2192  df-cleq 2198  df-clel 2201  df-nfc 2337  df-ne 2377  df-nel 2472  df-ral 2489  df-rex 2490  df-reu 2491  df-rmo 2492  df-rab 2493  df-v 2774  df-sbc 2999  df-csb 3094  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-nul 3461  df-if 3572  df-pw 3618  df-sn 3639  df-pr 3640  df-op 3642  df-uni 3851  df-int 3886  df-iun 3929  df-br 4045  df-opab 4106  df-mpt 4107  df-tr 4143  df-id 4340  df-po 4343  df-iso 4344  df-iord 4413  df-on 4415  df-ilim 4416  df-suc 4418  df-iom 4639  df-xp 4681  df-rel 4682  df-cnv 4683  df-co 4684  df-dm 4685  df-rn 4686  df-res 4687  df-ima 4688  df-iota 5232  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-riota 5899  df-ov 5947  df-oprab 5948  df-mpo 5949  df-1st 6226  df-2nd 6227  df-recs 6391  df-frec 6477  df-pnf 8109  df-mnf 8110  df-xr 8111  df-ltxr 8112  df-le 8113  df-sub 8245  df-neg 8246  df-reap 8648  df-ap 8655  df-div 8746  df-inn 9037  df-2 9095  df-n0 9296  df-z 9373  df-uz 9649  df-seqfrec 10593  df-exp 10684

This theorem is referenced by:  4sqlem19  12732