| Step | Hyp | Ref
 | Expression | 
| 1 |   | 4sq.4 | 
. . . . 5
⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ) | 
| 2 |   | prmnn 12278 | 
. . . . 5
⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈
ℕ) | 
| 3 | 1, 2 | syl 14 | 
. . . 4
⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℕ) | 
| 4 | 3 | nncnd 9004 | 
. . 3
⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℂ) | 
| 5 | 4 | mullidd 8044 | 
. 2
⊢ (𝜑 → (1 · 𝑃) = 𝑃) | 
| 6 |   | 4sq.7 | 
. . . . . . . . . . . 12
⊢ 𝑀 = inf(𝑇, ℝ, < ) | 
| 7 |   | 4sqlem11.1 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ 𝑆 = {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))} | 
| 8 |   | 4sq.2 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ) | 
| 9 |   | 4sq.3 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝜑 → 𝑃 = ((2 · 𝑁) + 1)) | 
| 10 |   | 4sq.5 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (𝜑 → (0...(2 · 𝑁)) ⊆ 𝑆) | 
| 11 |   | 4sq.6 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ 𝑇 = {𝑖 ∈ ℕ ∣ (𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆} | 
| 12 | 7, 8, 9, 1, 10, 11, 6 | 4sqlem13m 12572 | 
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (𝜑 → (∃𝑗 𝑗 ∈ 𝑇 ∧ 𝑀 < 𝑃)) | 
| 13 | 12 | simpld 112 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (𝜑 → ∃𝑗 𝑗 ∈ 𝑇) | 
| 14 |   | 1zzd 9353 | 
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) → 1 ∈ ℤ) | 
| 15 |   | nnuz 9637 | 
. . . . . . . . . . . . . . . 16
⊢ ℕ =
(ℤ≥‘1) | 
| 16 | 15 | rabeqi 2756 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ {𝑖 ∈ ℕ ∣ (𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆} = {𝑖 ∈ (ℤ≥‘1)
∣ (𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆} | 
| 17 | 11, 16 | eqtri 2217 | 
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ 𝑇 = {𝑖 ∈ (ℤ≥‘1)
∣ (𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆} | 
| 18 |   | simpr 110 | 
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) → 𝑗 ∈ 𝑇) | 
| 19 |   | elfznn 10129 | 
. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
⊢ (𝑖 ∈ (1...𝑗) → 𝑖 ∈ ℕ) | 
| 20 | 19 | adantl 277 | 
. . . . . . . . . . . . . . . . 17
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) ∧ 𝑖 ∈ (1...𝑗)) → 𝑖 ∈ ℕ) | 
| 21 | 3 | ad2antrr 488 | 
. . . . . . . . . . . . . . . . 17
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) ∧ 𝑖 ∈ (1...𝑗)) → 𝑃 ∈ ℕ) | 
| 22 | 20, 21 | nnmulcld 9039 | 
. . . . . . . . . . . . . . . 16
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) ∧ 𝑖 ∈ (1...𝑗)) → (𝑖 · 𝑃) ∈ ℕ) | 
| 23 | 22 | nnnn0d 9302 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) ∧ 𝑖 ∈ (1...𝑗)) → (𝑖 · 𝑃) ∈
ℕ0) | 
| 24 | 7 | 4sqlemsdc 12569 | 
. . . . . . . . . . . . . . 15
⊢ ((𝑖 · 𝑃) ∈ ℕ0 →
DECID (𝑖
· 𝑃) ∈ 𝑆) | 
| 25 | 23, 24 | syl 14 | 
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) ∧ 𝑖 ∈ (1...𝑗)) → DECID (𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆) | 
| 26 | 14, 17, 18, 25 | infssuzcldc 10325 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑇) → inf(𝑇, ℝ, < ) ∈ 𝑇) | 
| 27 | 13, 26 | exlimddv 1913 | 
. . . . . . . . . . . 12
⊢ (𝜑 → inf(𝑇, ℝ, < ) ∈ 𝑇) | 
| 28 | 6, 27 | eqeltrid 2283 | 
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ 𝑇) | 
| 29 |   | oveq1 5929 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (𝑖 = 𝑀 → (𝑖 · 𝑃) = (𝑀 · 𝑃)) | 
| 30 | 29 | eleq1d 2265 | 
. . . . . . . . . . . 12
⊢ (𝑖 = 𝑀 → ((𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆 ↔ (𝑀 · 𝑃) ∈ 𝑆)) | 
| 31 | 30, 11 | elrab2 2923 | 
. . . . . . . . . . 11
⊢ (𝑀 ∈ 𝑇 ↔ (𝑀 ∈ ℕ ∧ (𝑀 · 𝑃) ∈ 𝑆)) | 
| 32 | 28, 31 | sylib 122 | 
. . . . . . . . . 10
⊢ (𝜑 → (𝑀 ∈ ℕ ∧ (𝑀 · 𝑃) ∈ 𝑆)) | 
| 33 | 32 | simprd 114 | 
. . . . . . . . 9
⊢ (𝜑 → (𝑀 · 𝑃) ∈ 𝑆) | 
| 34 | 7 | 4sqlem2 12558 | 
. . . . . . . . 9
⊢ ((𝑀 · 𝑃) ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) | 
| 35 | 33, 34 | sylib 122 | 
. . . . . . . 8
⊢ (𝜑 → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) | 
| 36 | 35 | adantr 276 | 
. . . . . . 7
⊢ ((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
→ ∃𝑎 ∈
ℤ ∃𝑏 ∈
ℤ ∃𝑐 ∈
ℤ ∃𝑑 ∈
ℤ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) | 
| 37 |   | simp1l 1023 | 
. . . . . . . . . . . . . 14
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝜑) | 
| 38 | 37, 8 | syl 14 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑁 ∈ ℕ) | 
| 39 | 37, 9 | syl 14 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑃 = ((2 · 𝑁) + 1)) | 
| 40 | 37, 1 | syl 14 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑃 ∈ ℙ) | 
| 41 | 37, 10 | syl 14 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → (0...(2 · 𝑁)) ⊆ 𝑆) | 
| 42 |   | simp1r 1024 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2)) | 
| 43 |   | simp2ll 1066 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑎 ∈ ℤ) | 
| 44 |   | simp2lr 1067 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑏 ∈ ℤ) | 
| 45 |   | simp2rl 1068 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑐 ∈ ℤ) | 
| 46 |   | simp2rr 1069 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → 𝑑 ∈ ℤ) | 
| 47 |   | eqid 2196 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝑎 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑎 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) | 
| 48 |   | eqid 2196 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝑏 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑏 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) | 
| 49 |   | eqid 2196 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝑐 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑐 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) | 
| 50 |   | eqid 2196 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝑑 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) = (((𝑑 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2)) | 
| 51 |   | eqid 2196 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢
(((((((𝑎 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2) + ((((𝑏 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2)) + (((((𝑐 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2) + ((((𝑑 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2))) / 𝑀) = (((((((𝑎 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2) + ((((𝑏 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2)) + (((((𝑐 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2) + ((((𝑑 + (𝑀 / 2)) mod 𝑀) − (𝑀 / 2))↑2))) / 𝑀) | 
| 52 |   | simp3 1001 | 
. . . . . . . . . . . . 13
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) | 
| 53 | 7, 38, 39, 40, 41, 11, 6, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 | 4sqlem17 12576 | 
. . . . . . . . . . . 12
⊢  ¬
((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) | 
| 54 | 53 | pm2.21i 647 | 
. . . . . . . . . . 11
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
∧ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))) → ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2)) | 
| 55 | 54 | 3expia 1207 | 
. . . . . . . . . 10
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ ((𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ)
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ)))
→ ((𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2))) | 
| 56 | 55 | anassrs 400 | 
. . . . . . . . 9
⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ (𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ))
∧ (𝑐 ∈ ℤ
∧ 𝑑 ∈ ℤ))
→ ((𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2))) | 
| 57 | 56 | rexlimdvva 2622 | 
. . . . . . . 8
⊢ (((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
∧ (𝑎 ∈ ℤ
∧ 𝑏 ∈ ℤ))
→ (∃𝑐 ∈
ℤ ∃𝑑 ∈
ℤ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2))) | 
| 58 | 57 | rexlimdvva 2622 | 
. . . . . . 7
⊢ ((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
→ (∃𝑎 ∈
ℤ ∃𝑏 ∈
ℤ ∃𝑐 ∈
ℤ ∃𝑑 ∈
ℤ (𝑀 · 𝑃) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2))) | 
| 59 | 36, 58 | mpd 13 | 
. . . . . 6
⊢ ((𝜑 ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2))
→ ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2)) | 
| 60 | 59 | pm2.01da 637 | 
. . . . 5
⊢ (𝜑 → ¬ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2)) | 
| 61 | 32 | simpld 112 | 
. . . . . 6
⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ) | 
| 62 |   | elnn1uz2 9681 | 
. . . . . 6
⊢ (𝑀 ∈ ℕ ↔ (𝑀 = 1 ∨ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2))) | 
| 63 | 61, 62 | sylib 122 | 
. . . . 5
⊢ (𝜑 → (𝑀 = 1 ∨ 𝑀 ∈
(ℤ≥‘2))) | 
| 64 | 60, 63 | ecased 1360 | 
. . . 4
⊢ (𝜑 → 𝑀 = 1) | 
| 65 | 64, 28 | eqeltrrd 2274 | 
. . 3
⊢ (𝜑 → 1 ∈ 𝑇) | 
| 66 |   | oveq1 5929 | 
. . . . . 6
⊢ (𝑖 = 1 → (𝑖 · 𝑃) = (1 · 𝑃)) | 
| 67 | 66 | eleq1d 2265 | 
. . . . 5
⊢ (𝑖 = 1 → ((𝑖 · 𝑃) ∈ 𝑆 ↔ (1 · 𝑃) ∈ 𝑆)) | 
| 68 | 67, 11 | elrab2 2923 | 
. . . 4
⊢ (1 ∈
𝑇 ↔ (1 ∈ ℕ
∧ (1 · 𝑃) ∈
𝑆)) | 
| 69 | 68 | simprbi 275 | 
. . 3
⊢ (1 ∈
𝑇 → (1 · 𝑃) ∈ 𝑆) | 
| 70 | 65, 69 | syl 14 | 
. 2
⊢ (𝜑 → (1 · 𝑃) ∈ 𝑆) | 
| 71 | 5, 70 | eqeltrrd 2274 | 
1
⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ 𝑆) |