Theorem 4sqlem2 12558

Description: Lemma for 4sq 12579. Change bound variables in 𝑆. (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
4sqlem2	⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))))

Distinct variable groups:   𝑎,𝑏,𝑐,𝑑,𝑛,𝑤,𝑥,𝑦,𝑧   𝐴,𝑎,𝑏,𝑐,𝑑,𝑛   𝑆,𝑎,𝑏,𝑐,𝑑,𝑛

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

Proof of Theorem 4sqlem2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		4sq.1	. . 3 ⊢ 𝑆 = {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))}
2	1	eleq2i 2263	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ 𝐴 ∈ {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))})
3		zsqcl2 10709	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 ∈ ℤ → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
4	3	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
5		zsqcl2 10709	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 ∈ ℤ → (𝑏↑2) ∈ ℕ0)
6	5	ad2antlr 489	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑏↑2) ∈ ℕ0)
7	4, 6	nn0addcld 9306	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) ∈ ℕ0)
8		zsqcl2 10709	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑐 ∈ ℤ → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
9	8	ad2antrl 490	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
10		zsqcl2 10709	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑑 ∈ ℤ → (𝑑↑2) ∈ ℕ0)
11	10	ad2antll 491	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑑↑2) ∈ ℕ0)
12	9, 11	nn0addcld 9306	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)) ∈ ℕ0)
13	7, 12	nn0addcld 9306	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) ∈ ℕ0)
14		eleq1 2259	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → (𝐴 ∈ ℕ0 ↔ (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) ∈ ℕ0))
15	13, 14	syl5ibrcom 157	. . . . . 6 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → 𝐴 ∈ ℕ0))
16		elex 2774	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → 𝐴 ∈ V)
17	15, 16	syl6 33	. . . . 5 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → 𝐴 ∈ V))
18	17	rexlimdvva 2622	. . . 4 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) → (∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → 𝐴 ∈ V))
19	18	rexlimivv 2620	. . 3 ⊢ (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → 𝐴 ∈ V)
20		oveq1 5929	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑥↑2) = (𝑎↑2))
21	20	oveq1d 5937	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)))
22	21	oveq1d 5937	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))))
23	22	eqeq2d 2208	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))))
24	23	2rexbidv 2522	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))))
25		oveq1 5929	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (𝑦↑2) = (𝑏↑2))
26	25	oveq2d 5938	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
27	26	oveq1d 5937	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))))
28	27	eqeq2d 2208	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))))
29	28	2rexbidv 2522	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))))
30	24, 29	cbvrex2vw 2741	. . . 4 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))))
31		oveq1 5929	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (𝑧↑2) = (𝑐↑2))
32	31	oveq1d 5937	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)))
33	32	oveq2d 5938	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2))))
34	33	eqeq2d 2208	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)))))
35		oveq1 5929	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (𝑤↑2) = (𝑑↑2))
36	35	oveq2d 5938	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))
37	36	oveq2d 5938	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))))
38	37	eqeq2d 2208	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
39	34, 38	cbvrex2vw 2741	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))))
40		eqeq1 2203	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝐴 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) ↔ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
41	40	2rexbidv 2522	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝐴 → (∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) ↔ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
42	39, 41	bitrid 192	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝐴 → (∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
43	42	2rexbidv 2522	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝐴 → (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
44	30, 43	bitrid 192	. . 3 ⊢ (𝑛 = 𝐴 → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
45	19, 44	elab3 2916	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))} ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))))
46	2, 45	bitri 184	1 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))))

Syntax hints:   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1364   ∈ wcel 2167  {cab 2182  ∃wrex 2476  Vcvv 2763  (class class class)co 5922   + caddc 7882  2c2 9041  ℕ₀cn0 9249  ℤcz 9326  ↑cexp 10630

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 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624  ax-cnex 7970  ax-resscn 7971  ax-1cn 7972  ax-1re 7973  ax-icn 7974  ax-addcl 7975  ax-addrcl 7976  ax-mulcl 7977  ax-mulrcl 7978  ax-addcom 7979  ax-mulcom 7980  ax-addass 7981  ax-mulass 7982  ax-distr 7983  ax-i2m1 7984  ax-0lt1 7985  ax-1rid 7986  ax-0id 7987  ax-rnegex 7988  ax-precex 7989  ax-cnre 7990  ax-pre-ltirr 7991  ax-pre-ltwlin 7992  ax-pre-lttrn 7993  ax-pre-apti 7994  ax-pre-ltadd 7995  ax-pre-mulgt0 7996  ax-pre-mulext 7997

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-id 4328  df-po 4331  df-iso 4332  df-iord 4401  df-on 4403  df-ilim 4404  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-1st 6198  df-2nd 6199  df-recs 6363  df-frec 6449  df-pnf 8063  df-mnf 8064  df-xr 8065  df-ltxr 8066  df-le 8067  df-sub 8199  df-neg 8200  df-reap 8602  df-ap 8609  df-div 8700  df-inn 8991  df-2 9049  df-n0 9250  df-z 9327  df-uz 9602  df-seqfrec 10540  df-exp 10631

This theorem is referenced by:  4sqlem3  12559  4sqlem4  12561  4sqlem18  12577  4sq  12579