Theorem 4sqlemffi 12638

Description: Lemma for 4sq 12652. ran 𝐹 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)}
4sqlemffi.f	⊢ 𝐹 = (𝑣 ∈ 𝐴 ↦ ((𝑃 − 1) − 𝑣))

Assertion

Ref	Expression
4sqlemffi	⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ∈ Fin)

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

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑢,𝑚)   𝐹(𝑣,𝑢,𝑚)   𝑁(𝑣)

Proof of Theorem 4sqlemffi

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		4sqlemffi.f	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑣 ∈ 𝐴 ↦ ((𝑃 − 1) − 𝑣))
2	1	funmpt2 5307	. . 3 ⊢ Fun 𝐹
3		funrel 5285	. . 3 ⊢ (Fun 𝐹 → Rel 𝐹)
4	2, 3	ax-mp 5	. 2 ⊢ Rel 𝐹
5		4sqlemafi.p	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℕ)
6	5	nnzd 9476	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℤ)
7		peano2zm 9392	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑃 ∈ ℤ → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
8	6, 7	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
9	8	adantr 276	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝐴) → (𝑃 − 1) ∈ ℤ)
10		4sqlemafi.a	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)}
11		simpr 110	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)) → 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃))
12		elfzelz 10129	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑚 ∈ (0...𝑁) → 𝑚 ∈ ℤ)
13	12	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → 𝑚 ∈ ℤ)
14		zsqcl 10736	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑚 ∈ ℤ → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
15	13, 14	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → (𝑚↑2) ∈ ℤ)
16	5	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → 𝑃 ∈ ℕ)
17	15, 16	zmodcld 10471	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ ℕ0)
18	17	nn0zd 9475	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ)
19	18	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)) → ((𝑚↑2) mod 𝑃) ∈ ℤ)
20	11, 19	eqeltrd 2281	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ (0...𝑁)) ∧ 𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)) → 𝑢 ∈ ℤ)
21	20	rexlimdva2 2625	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃) → 𝑢 ∈ ℤ))
22	21	abssdv 3266	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → {𝑢 ∣ ∃𝑚 ∈ (0...𝑁)𝑢 = ((𝑚↑2) mod 𝑃)} ⊆ ℤ)
23	10, 22	eqsstrid 3238	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℤ)
24	23	sselda 3192	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝐴) → 𝑣 ∈ ℤ)
25	9, 24	zsubcld 9482	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝐴) → ((𝑃 − 1) − 𝑣) ∈ ℤ)
26	25	ralrimiva 2578	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑣 ∈ 𝐴 ((𝑃 − 1) − 𝑣) ∈ ℤ)
27	8	zcnd 9478	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
28	27	ad2antrr 488	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) ∧ ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥)) → (𝑃 − 1) ∈ ℂ)
29	24	adantrr 479	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → 𝑣 ∈ ℤ)
30	29	adantr 276	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) ∧ ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥)) → 𝑣 ∈ ℤ)
31	30	zcnd 9478	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) ∧ ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥)) → 𝑣 ∈ ℂ)
32	23	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → 𝐴 ⊆ ℤ)
33		simprr 531	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ 𝐴)
34	32, 33	sseldd 3193	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℤ)
35	34	zcnd 9478	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → 𝑥 ∈ ℂ)
36	35	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) ∧ ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥)) → 𝑥 ∈ ℂ)
37		simpr 110	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) ∧ ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥)) → ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥))
38	28, 31, 36, 37	subcand 8406	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) ∧ ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥)) → 𝑣 = 𝑥)
39	38	ex 115	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ 𝐴 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → (((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥) → 𝑣 = 𝑥))
40	39	ralrimivva 2587	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑣 ∈ 𝐴 ∀𝑥 ∈ 𝐴 (((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥) → 𝑣 = 𝑥))
41		oveq2 5942	. . . . . 6 ⊢ (𝑣 = 𝑥 → ((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥))
42	1, 41	f1mpt 5830	. . . . 5 ⊢ (𝐹:𝐴–1-1→ℤ ↔ (∀𝑣 ∈ 𝐴 ((𝑃 − 1) − 𝑣) ∈ ℤ ∧ ∀𝑣 ∈ 𝐴 ∀𝑥 ∈ 𝐴 (((𝑃 − 1) − 𝑣) = ((𝑃 − 1) − 𝑥) → 𝑣 = 𝑥)))
43	26, 40, 42	sylanbrc 417	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴–1-1→ℤ)
44		df-f1 5273	. . . 4 ⊢ (𝐹:𝐴–1-1→ℤ ↔ (𝐹:𝐴⟶ℤ ∧ Fun ◡𝐹))
45	43, 44	sylib 122	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹:𝐴⟶ℤ ∧ Fun ◡𝐹))
46	45	simprd 114	. 2 ⊢ (𝜑 → Fun ◡𝐹)
47	1, 25	dmmptd 5400	. . . 4 ⊢ (𝜑 → dom 𝐹 = 𝐴)
48		4sqlemafi.n	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
49	48, 5, 10	4sqlemafi 12637	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
50	47, 49	eqeltrd 2281	. . 3 ⊢ (𝜑 → dom 𝐹 ∈ Fin)
51		fundmfibi 7022	. . . 4 ⊢ (Fun 𝐹 → (𝐹 ∈ Fin ↔ dom 𝐹 ∈ Fin))
52	2, 51	ax-mp 5	. . 3 ⊢ (𝐹 ∈ Fin ↔ dom 𝐹 ∈ Fin)
53	50, 52	sylibr 134	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ Fin)
54		funrnfi 7026	. 2 ⊢ ((Rel 𝐹 ∧ Fun ◡𝐹 ∧ 𝐹 ∈ Fin) → ran 𝐹 ∈ Fin)
55	4, 46, 53, 54	mp3an2i 1354	1 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ∈ Fin)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1372   ∈ wcel 2175  {cab 2190  ∀wral 2483  ∃wrex 2484   ⊆ wss 3165   ↦ cmpt 4104  ^◡ccnv 4672  dom cdm 4673  ran crn 4674  Rel wrel 4678  Fun wfun 5262  ⟶wf 5264  –1-1→wf1 5265  (class class class)co 5934  Fincfn 6817  ℂcc 7905  0cc0 7907  1c1 7908   − cmin 8225  ℕcn 9018  2c2 9069  ℤcz 9354  ...cfz 10112   mod cmo 10448  ↑cexp 10664

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 1469  ax-7 1470  ax-gen 1471  ax-ie1 1515  ax-ie2 1516  ax-8 1526  ax-10 1527  ax-11 1528  ax-i12 1529  ax-bndl 1531  ax-4 1532  ax-17 1548  ax-i9 1552  ax-ial 1556  ax-i5r 1557  ax-13 2177  ax-14 2178  ax-ext 2186  ax-coll 4158  ax-sep 4161  ax-nul 4169  ax-pow 4217  ax-pr 4252  ax-un 4478  ax-setind 4583  ax-iinf 4634  ax-cnex 7998  ax-resscn 7999  ax-1cn 8000  ax-1re 8001  ax-icn 8002  ax-addcl 8003  ax-addrcl 8004  ax-mulcl 8005  ax-mulrcl 8006  ax-addcom 8007  ax-mulcom 8008  ax-addass 8009  ax-mulass 8010  ax-distr 8011  ax-i2m1 8012  ax-0lt1 8013  ax-1rid 8014  ax-0id 8015  ax-rnegex 8016  ax-precex 8017  ax-cnre 8018  ax-pre-ltirr 8019  ax-pre-ltwlin 8020  ax-pre-lttrn 8021  ax-pre-apti 8022  ax-pre-ltadd 8023  ax-pre-mulgt0 8024  ax-pre-mulext 8025  ax-arch 8026

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1375  df-fal 1378  df-nf 1483  df-sb 1785  df-eu 2056  df-mo 2057  df-clab 2191  df-cleq 2197  df-clel 2200  df-nfc 2336  df-ne 2376  df-nel 2471  df-ral 2488  df-rex 2489  df-reu 2490  df-rmo 2491  df-rab 2492  df-v 2773  df-sbc 2998  df-csb 3093  df-dif 3167  df-un 3169  df-in 3171  df-ss 3178  df-nul 3460  df-if 3571  df-pw 3617  df-sn 3638  df-pr 3639  df-op 3641  df-uni 3850  df-int 3885  df-iun 3928  df-br 4044  df-opab 4105  df-mpt 4106  df-tr 4142  df-id 4338  df-po 4341  df-iso 4342  df-iord 4411  df-on 4413  df-ilim 4414  df-suc 4416  df-iom 4637  df-xp 4679  df-rel 4680  df-cnv 4681  df-co 4682  df-dm 4683  df-rn 4684  df-res 4685  df-ima 4686  df-iota 5229  df-fun 5270  df-fn 5271  df-f 5272  df-f1 5273  df-fo 5274  df-f1o 5275  df-fv 5276  df-riota 5889  df-ov 5937  df-oprab 5938  df-mpo 5939  df-1st 6216  df-2nd 6217  df-recs 6381  df-frec 6467  df-1o 6492  df-er 6610  df-en 6818  df-fin 6820  df-pnf 8091  df-mnf 8092  df-xr 8093  df-ltxr 8094  df-le 8095  df-sub 8227  df-neg 8228  df-reap 8630  df-ap 8637  df-div 8728  df-inn 9019  df-2 9077  df-n0 9278  df-z 9355  df-uz 9631  df-q 9723  df-rp 9758  df-fz 10113  df-fzo 10247  df-fl 10394  df-mod 10449  df-seqfrec 10574  df-exp 10665

This theorem is referenced by:  4sqlem11  12643