Theorem 4sqlem2 12527

Description: Lemma for 4sq 12548. 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 10688	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 ∈ ℤ → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
4	3	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
5		zsqcl2 10688	. . . . . . . . . 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 9297	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) ∈ ℕ0)
8		zsqcl2 10688	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑐 ∈ ℤ → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
9	8	ad2antrl 490	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
10		zsqcl2 10688	. . . . . . . . . 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 9297	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)) ∈ ℕ0)
13	7, 12	nn0addcld 9297	. . . . . . 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 5925	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑥↑2) = (𝑎↑2))
21	20	oveq1d 5933	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)))
22	21	oveq1d 5933	. . . . . . 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 5925	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (𝑦↑2) = (𝑏↑2))
26	25	oveq2d 5934	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
27	26	oveq1d 5933	. . . . . . 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 5925	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (𝑧↑2) = (𝑐↑2))
32	31	oveq1d 5933	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)))
33	32	oveq2d 5934	. . . . . . . 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 5925	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (𝑤↑2) = (𝑑↑2))
36	35	oveq2d 5934	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))
37	36	oveq2d 5934	. . . . . . . 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 2912	. 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 5918   + caddc 7875  2c2 9033  ℕ₀cn0 9240  ℤcz 9317  ↑cexp 10609

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 4144  ax-sep 4147  ax-nul 4155  ax-pow 4203  ax-pr 4238  ax-un 4464  ax-setind 4569  ax-iinf 4620  ax-cnex 7963  ax-resscn 7964  ax-1cn 7965  ax-1re 7966  ax-icn 7967  ax-addcl 7968  ax-addrcl 7969  ax-mulcl 7970  ax-mulrcl 7971  ax-addcom 7972  ax-mulcom 7973  ax-addass 7974  ax-mulass 7975  ax-distr 7976  ax-i2m1 7977  ax-0lt1 7978  ax-1rid 7979  ax-0id 7980  ax-rnegex 7981  ax-precex 7982  ax-cnre 7983  ax-pre-ltirr 7984  ax-pre-ltwlin 7985  ax-pre-lttrn 7986  ax-pre-apti 7987  ax-pre-ltadd 7988  ax-pre-mulgt0 7989  ax-pre-mulext 7990

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 2986  df-csb 3081  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-nul 3447  df-if 3558  df-pw 3603  df-sn 3624  df-pr 3625  df-op 3627  df-uni 3836  df-int 3871  df-iun 3914  df-br 4030  df-opab 4091  df-mpt 4092  df-tr 4128  df-id 4324  df-po 4327  df-iso 4328  df-iord 4397  df-on 4399  df-ilim 4400  df-suc 4402  df-iom 4623  df-xp 4665  df-rel 4666  df-cnv 4667  df-co 4668  df-dm 4669  df-rn 4670  df-res 4671  df-ima 4672  df-iota 5215  df-fun 5256  df-fn 5257  df-f 5258  df-f1 5259  df-fo 5260  df-f1o 5261  df-fv 5262  df-riota 5873  df-ov 5921  df-oprab 5922  df-mpo 5923  df-1st 6193  df-2nd 6194  df-recs 6358  df-frec 6444  df-pnf 8056  df-mnf 8057  df-xr 8058  df-ltxr 8059  df-le 8060  df-sub 8192  df-neg 8193  df-reap 8594  df-ap 8601  df-div 8692  df-inn 8983  df-2 9041  df-n0 9241  df-z 9318  df-uz 9593  df-seqfrec 10519  df-exp 10610

This theorem is referenced by:  4sqlem3  12528  4sqlem4  12530  4sqlem18  12546  4sq  12548