Theorem 4sqlem2 12583

Description: Lemma for 4sq 12604. 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 10726	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 ∈ ℤ → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
4	3	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑎↑2) ∈ ℕ0)
5		zsqcl2 10726	. . . . . . . . . 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 9323	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) ∈ ℕ0)
8		zsqcl2 10726	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑐 ∈ ℤ → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
9	8	ad2antrl 490	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → (𝑐↑2) ∈ ℕ0)
10		zsqcl2 10726	. . . . . . . . . 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 9323	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑐 ∈ ℤ ∧ 𝑑 ∈ ℤ)) → ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)) ∈ ℕ0)
13	7, 12	nn0addcld 9323	. . . . . . 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 5932	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑥↑2) = (𝑎↑2))
21	20	oveq1d 5940	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)))
22	21	oveq1d 5940	. . . . . . 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 5932	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → (𝑦↑2) = (𝑏↑2))
26	25	oveq2d 5941	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝑏 → ((𝑎↑2) + (𝑦↑2)) = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
27	26	oveq1d 5940	. . . . . . 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 5932	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → (𝑧↑2) = (𝑐↑2))
32	31	oveq1d 5940	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑐 → ((𝑧↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)))
33	32	oveq2d 5941	. . . . . . . 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 5932	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → (𝑤↑2) = (𝑑↑2))
36	35	oveq2d 5941	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑑 → ((𝑐↑2) + (𝑤↑2)) = ((𝑐↑2) + (𝑑↑2)))
37	36	oveq2d 5941	. . . . . . . 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 5925   + caddc 7899  2c2 9058  ℕ₀cn0 9266  ℤcz 9343  ↑cexp 10647

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 4149  ax-sep 4152  ax-nul 4160  ax-pow 4208  ax-pr 4243  ax-un 4469  ax-setind 4574  ax-iinf 4625  ax-cnex 7987  ax-resscn 7988  ax-1cn 7989  ax-1re 7990  ax-icn 7991  ax-addcl 7992  ax-addrcl 7993  ax-mulcl 7994  ax-mulrcl 7995  ax-addcom 7996  ax-mulcom 7997  ax-addass 7998  ax-mulass 7999  ax-distr 8000  ax-i2m1 8001  ax-0lt1 8002  ax-1rid 8003  ax-0id 8004  ax-rnegex 8005  ax-precex 8006  ax-cnre 8007  ax-pre-ltirr 8008  ax-pre-ltwlin 8009  ax-pre-lttrn 8010  ax-pre-apti 8011  ax-pre-ltadd 8012  ax-pre-mulgt0 8013  ax-pre-mulext 8014

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 3452  df-if 3563  df-pw 3608  df-sn 3629  df-pr 3630  df-op 3632  df-uni 3841  df-int 3876  df-iun 3919  df-br 4035  df-opab 4096  df-mpt 4097  df-tr 4133  df-id 4329  df-po 4332  df-iso 4333  df-iord 4402  df-on 4404  df-ilim 4405  df-suc 4407  df-iom 4628  df-xp 4670  df-rel 4671  df-cnv 4672  df-co 4673  df-dm 4674  df-rn 4675  df-res 4676  df-ima 4677  df-iota 5220  df-fun 5261  df-fn 5262  df-f 5263  df-f1 5264  df-fo 5265  df-f1o 5266  df-fv 5267  df-riota 5880  df-ov 5928  df-oprab 5929  df-mpo 5930  df-1st 6207  df-2nd 6208  df-recs 6372  df-frec 6458  df-pnf 8080  df-mnf 8081  df-xr 8082  df-ltxr 8083  df-le 8084  df-sub 8216  df-neg 8217  df-reap 8619  df-ap 8626  df-div 8717  df-inn 9008  df-2 9066  df-n0 9267  df-z 9344  df-uz 9619  df-seqfrec 10557  df-exp 10648

This theorem is referenced by:  4sqlem3  12584  4sqlem4  12586  4sqlem18  12602  4sq  12604