Theorem 4sqlemafi 13031

Description: Lemma for 4sq 13046. 𝐴 is finite. (Contributed by Jim Kingdon, 24-May-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
4sqlemafi.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
4sqlemafi.p	⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℕ)
4sqlemafi.a	⊢ 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}

Assertion

Ref	Expression
4sqlemafi	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)

Distinct variable groups:   𝑚,𝑁,𝑢   𝑃,𝑚,𝑢   𝜑,𝑚,𝑢

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑢,𝑚)

Proof of Theorem 4sqlemafi

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		4sqlemafi.a	. 2 ⊢ 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}
2		0zd 9535	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℤ)
3		4sqlemafi.p	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℕ)
4	3	nnzd 9645	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℤ)
5		fzofig 10740	. . . 4 ⊢ ((0 ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℤ) → (0..^𝑃) ∈ Fin)
6	2, 4, 5	syl2anc 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^𝑃) ∈ Fin)
7		df-rex 2517	. . . . 5 ⊢ (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑚(𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
8	7	abbii 2347	. . . 4 ⊢ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} = {𝑢 ∣ ∃𝑚(𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))}
9		simprr 533	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))) → 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
10		elfzelz 10305	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (0...𝑁) → 𝑚 ∈ ℤ)
11	10	ad2antrl 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))) → 𝑚 ∈ ℤ)
12		zsqcl 10918	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ ℤ → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
13	11, 12	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))) → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
14	3	adantr 276	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))) → 𝑃 ∈ ℕ)
15		zmodfzo 10655	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑚↑2) ∈ ℤ ∧ 𝑃 ∈ ℕ) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ (0..^𝑃))
16	13, 14, 15	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ (0..^𝑃))
17	9, 16	eqeltrd 2308	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))) → 𝑢 ∈ (0..^𝑃))
18	17	ex 115	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)) → 𝑢 ∈ (0..^𝑃)))
19	18	exlimdv 1867	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∃𝑚(𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)) → 𝑢 ∈ (0..^𝑃)))
20	19	abssdv 3302	. . . 4 ⊢ (𝜑 → {𝑢 ∣ ∃𝑚(𝑚 ∈ (0...𝑁) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))} ⊆ (0..^𝑃))
21	8, 20	eqsstrid 3274	. . 3 ⊢ (𝜑 → {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ⊆ (0..^𝑃))
22		0zd 9535	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) → 0 ∈ ℤ)
23		4sqlemafi.n	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
24	23	nnzd 9645	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
25	24	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) → 𝑁 ∈ ℤ)
26		elfzoelz 10427	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (0..^𝑃) → 𝑥 ∈ ℤ)
27	26	ad2antlr 489	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → 𝑥 ∈ ℤ)
28	10	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → 𝑚 ∈ ℤ)
29	28, 12	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
30	3	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → 𝑃 ∈ ℕ)
31	29, 30	zmodcld 10653	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ ℕ0)
32	31	nn0zd 9644	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ)
33		zdceq 9599	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ) → DECID 𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
34	27, 32, 33	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → DECID 𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
35	22, 25, 34	exfzdc 10532	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) → DECID ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
36		vex 2806	. . . . . . 7 ⊢ 𝑥 ∈ V
37		eqeq1 2238	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → (𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ 𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
38	37	rexbidv 2534	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = 𝑥 → (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)))
39	36, 38	elab 2951	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ↔ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
40	39	dcbii 848	. . . . 5 ⊢ (DECID 𝑥 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ↔ DECID ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑥 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
41	35, 40	sylibr 134	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0..^𝑃)) → DECID 𝑥 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)})
42	41	ralrimiva 2606	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (0..^𝑃)DECID 𝑥 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)})
43		ssfidc 7173	. . 3 ⊢ (((0..^𝑃) ∈ Fin ∧ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ⊆ (0..^𝑃) ∧ ∀𝑥 ∈ (0..^𝑃)DECID 𝑥 ∈ {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}) → {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ∈ Fin)
44	6, 21, 42, 43	syl3anc 1274	. 2 ⊢ (𝜑 → {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ∈ Fin)
45	1, 44	eqeltrid 2318	1 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104  DECID wdc 842   = wceq 1398  ∃wex 1541   ∈ wcel 2202  {cab 2217  ∀wral 2511  ∃wrex 2512   ⊆ wss 3201  (class class class)co 6028  Fincfn 6952  0cc0 8075  ℕcn 9185  2c2 9236  ℤcz 9523  ...cfz 10288  ..^cfzo 10422   mod cmo 10630  ↑cexp 10846

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4209  ax-sep 4212  ax-nul 4220  ax-pow 4270  ax-pr 4305  ax-un 4536  ax-setind 4641  ax-iinf 4692  ax-cnex 8166  ax-resscn 8167  ax-1cn 8168  ax-1re 8169  ax-icn 8170  ax-addcl 8171  ax-addrcl 8172  ax-mulcl 8173  ax-mulrcl 8174  ax-addcom 8175  ax-mulcom 8176  ax-addass 8177  ax-mulass 8178  ax-distr 8179  ax-i2m1 8180  ax-0lt1 8181  ax-1rid 8182  ax-0id 8183  ax-rnegex 8184  ax-precex 8185  ax-cnre 8186  ax-pre-ltirr 8187  ax-pre-ltwlin 8188  ax-pre-lttrn 8189  ax-pre-apti 8190  ax-pre-ltadd 8191  ax-pre-mulgt0 8192  ax-pre-mulext 8193  ax-arch 8194

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2364  df-ne 2404  df-nel 2499  df-ral 2516  df-rex 2517  df-reu 2518  df-rmo 2519  df-rab 2520  df-v 2805  df-sbc 3033  df-csb 3129  df-dif 3203  df-un 3205  df-in 3207  df-ss 3214  df-nul 3497  df-if 3608  df-pw 3658  df-sn 3679  df-pr 3680  df-op 3682  df-uni 3899  df-int 3934  df-iun 3977  df-br 4094  df-opab 4156  df-mpt 4157  df-tr 4193  df-id 4396  df-po 4399  df-iso 4400  df-iord 4469  df-on 4471  df-ilim 4472  df-suc 4474  df-iom 4695  df-xp 4737  df-rel 4738  df-cnv 4739  df-co 4740  df-dm 4741  df-rn 4742  df-res 4743  df-ima 4744  df-iota 5293  df-fun 5335  df-fn 5336  df-f 5337  df-f1 5338  df-fo 5339  df-f1o 5340  df-fv 5341  df-riota 5981  df-ov 6031  df-oprab 6032  df-mpo 6033  df-1st 6312  df-2nd 6313  df-recs 6514  df-frec 6600  df-1o 6625  df-er 6745  df-en 6953  df-fin 6955  df-pnf 8258  df-mnf 8259  df-xr 8260  df-ltxr 8261  df-le 8262  df-sub 8394  df-neg 8395  df-reap 8797  df-ap 8804  df-div 8895  df-inn 9186  df-2 9244  df-n0 9445  df-z 9524  df-uz 9800  df-q 9898  df-rp 9933  df-fz 10289  df-fzo 10423  df-fl 10576  df-mod 10631  df-seqfrec 10756  df-exp 10847

This theorem is referenced by:  4sqlemffi  13032  4sqleminfi  13033  4sqlem11  13037