Theorem 4sqlem2 12530

Description: Lemma for 4sq 12551. 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 2260	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 ↔ 𝐴 ∈ {𝑛 ∣ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ ∃𝑧 ∈ ℤ ∃𝑤 ∈ ℤ 𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))})
3		zsqcl2 10691	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 ∈ ℤ → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
4	3	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
5		zsqcl2 10691	. . . . . . . . . 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 9300	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) ∈ ℕ0)
8		zsqcl2 10691	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑐 ∈ ℤ → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
9	8	ad2antrl 490	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
10		zsqcl2 10691	. . . . . . . . . 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 9300	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)) ∈ ℕ0)
13	7, 12	nn0addcld 9300	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) ∈ ℕ0)
14		eleq1 2256	. . . . . . 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 2771	. . . . . 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 2619	. . . 4 ⊢ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) → (∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → 𝐴 ∈ V))
19	18	rexlimivv 2617	. . 3 ⊢ (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ ∃𝑐 ∈ ℤ ∃𝑑 ∈ ℤ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) → 𝐴 ∈ V)
20		oveq1 5926	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑥↑2) = (𝑎↑2))
21	20	oveq1d 5934	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)))
22	21	oveq1d 5934	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))))
23	22	eqeq2d 2205	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑛 = (((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))))
24	23	2rexbidv 2519	. . . . 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 5926	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (𝑦↑2) = (𝑏↑2))
26	25	oveq2d 5935	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
27	26	oveq1d 5934	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))))
28	27	eqeq2d 2205	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)))))
29	28	2rexbidv 2519	. . . . 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 2738	. . . 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 5926	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (𝑧↑2) = (𝑐↑2))
32	31	oveq1d 5934	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)))
33	32	oveq2d 5935	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2))))
34	33	eqeq2d 2205	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑧↑2) + (𝑤↑2))) ↔ 𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)))))
35		oveq1 5926	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (𝑤↑2) = (𝑑↑2))
36	35	oveq2d 5935	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))
37	36	oveq2d 5935	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑤↑2))) = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))))
38	37	eqeq2d 2205	. . . . . . 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 2738	. . . . . 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 2200	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝐴 → (𝑛 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2))) ↔ 𝐴 = (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) + ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))))
41	40	2rexbidv 2519	. . . . . 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 2519	. . . 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 2913	. 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 2164  {cab 2179  ∃wrex 2473  Vcvv 2760  (class class class)co 5919   + caddc 7877  2c2 9035  ℕ₀cn0 9243  ℤcz 9320  ↑cexp 10612

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 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4145  ax-sep 4148  ax-nul 4156  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-setind 4570  ax-iinf 4621  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1cn 7967  ax-1re 7968  ax-icn 7969  ax-addcl 7970  ax-addrcl 7971  ax-mulcl 7972  ax-mulrcl 7973  ax-addcom 7974  ax-mulcom 7975  ax-addass 7976  ax-mulass 7977  ax-distr 7978  ax-i2m1 7979  ax-0lt1 7980  ax-1rid 7981  ax-0id 7982  ax-rnegex 7983  ax-precex 7984  ax-cnre 7985  ax-pre-ltirr 7986  ax-pre-ltwlin 7987  ax-pre-lttrn 7988  ax-pre-apti 7989  ax-pre-ltadd 7990  ax-pre-mulgt0 7991  ax-pre-mulext 7992

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 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-nul 3448  df-if 3559  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-iun 3915  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-tr 4129  df-id 4325  df-po 4328  df-iso 4329  df-iord 4398  df-on 4400  df-ilim 4401  df-suc 4403  df-iom 4624  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-ima 4673  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-riota 5874  df-ov 5922  df-oprab 5923  df-mpo 5924  df-1st 6195  df-2nd 6196  df-recs 6360  df-frec 6446  df-pnf 8058  df-mnf 8059  df-xr 8060  df-ltxr 8061  df-le 8062  df-sub 8194  df-neg 8195  df-reap 8596  df-ap 8603  df-div 8694  df-inn 8985  df-2 9043  df-n0 9244  df-z 9321  df-uz 9596  df-seqfrec 10522  df-exp 10613

This theorem is referenced by:  4sqlem3  12531  4sqlem4  12533  4sqlem18  12549  4sq  12551