Theorem gausslemma2dlem2 15927

Description: Lemma 2 for gausslemma2d 15934. (Contributed by AV, 4-Jul-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
gausslemma2d.p	⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ (ℙ ∖ {2}))
gausslemma2d.h	⊢ 𝐻 = ((𝑃 − 1) / 2)
gausslemma2d.r	⊢ 𝑅 = (𝑥 ∈ (1...𝐻) ↦ if((𝑥 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑥 · 2), (𝑃 − (𝑥 · 2))))
gausslemma2d.m	⊢ 𝑀 = (⌊‘(𝑃 / 4))

Assertion

Ref	Expression
gausslemma2dlem2	⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ (1...𝑀)(𝑅‘𝑘) = (𝑘 · 2))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐻   𝑥,𝑃   𝜑,𝑥   𝑘,𝐻   𝑅,𝑘   𝜑,𝑘   𝑥,𝑀   𝑥,𝑘

Allowed substitution hints:   𝑃(𝑘)   𝑅(𝑥)   𝑀(𝑘)

Proof of Theorem gausslemma2dlem2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		gausslemma2d.r	. . 3 ⊢ 𝑅 = (𝑥 ∈ (1...𝐻) ↦ if((𝑥 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑥 · 2), (𝑃 − (𝑥 · 2))))
2		oveq1 6056	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (𝑥 · 2) = (𝑘 · 2))
3	2	breq1d 4118	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → ((𝑥 · 2) < (𝑃 / 2) ↔ (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2)))
4	2	oveq2d 6065	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (𝑃 − (𝑥 · 2)) = (𝑃 − (𝑘 · 2)))
5	3, 2, 4	ifbieq12d 3648	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → if((𝑥 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑥 · 2), (𝑃 − (𝑥 · 2))) = if((𝑘 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑘 · 2), (𝑃 − (𝑘 · 2))))
6	5	adantl 277	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) ∧ 𝑥 = 𝑘) → if((𝑥 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑥 · 2), (𝑃 − (𝑥 · 2))) = if((𝑘 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑘 · 2), (𝑃 − (𝑘 · 2))))
7		elfz1b 10423	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ (1...𝑀) ↔ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ≤ 𝑀))
8		nnre 9243	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ)
9	8	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℝ)
10		nnre 9243	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℝ)
11	10	adantl 277	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → 𝑀 ∈ ℝ)
12		2re 9306	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 2 ∈ ℝ
13		2pos 9327	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 0 < 2
14	12, 13	pm3.2i 272	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)
15	14	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2))
16		lemul1 8866	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → (𝑘 ≤ 𝑀 ↔ (𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2)))
17	9, 11, 15, 16	syl3anc 1274	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝑘 ≤ 𝑀 ↔ (𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2)))
18		gausslemma2d.p	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ (ℙ ∖ {2}))
19		gausslemma2d.m	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 𝑀 = (⌊‘(𝑃 / 4))
20	18, 19	gausslemma2dlem0e 15918	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → (𝑀 · 2) < (𝑃 / 2))
21	20	adantl 277	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) ∧ 𝜑) → (𝑀 · 2) < (𝑃 / 2))
22	12	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
23	8, 22	remulcld 8303	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 · 2) ∈ ℝ)
24	23	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝑘 · 2) ∈ ℝ)
25	12	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
26	10, 25	remulcld 8303	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 · 2) ∈ ℝ)
27	26	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝑀 · 2) ∈ ℝ)
28	18	gausslemma2dlem0a 15914	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℕ)
29	28	nnred 9249	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ)
30	29	rehalfcld 9484	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → (𝑃 / 2) ∈ ℝ)
31		lelttr 8361	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑘 · 2) ∈ ℝ ∧ (𝑀 · 2) ∈ ℝ ∧ (𝑃 / 2) ∈ ℝ) → (((𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2) ∧ (𝑀 · 2) < (𝑃 / 2)) → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2)))
32	24, 27, 30, 31	syl2an3an 1335	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) ∧ 𝜑) → (((𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2) ∧ (𝑀 · 2) < (𝑃 / 2)) → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2)))
33	21, 32	mpan2d 428	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) ∧ 𝜑) → ((𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2) → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2)))
34	33	ex 115	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝜑 → ((𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2) → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2))))
35	34	com23 78	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → ((𝑘 · 2) ≤ (𝑀 · 2) → (𝜑 → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2))))
36	17, 35	sylbid 150	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝑘 ≤ 𝑀 → (𝜑 → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2))))
37	36	3impia 1227	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ≤ 𝑀) → (𝜑 → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2)))
38	7, 37	sylbi 121	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (1...𝑀) → (𝜑 → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2)))
39	38	impcom 125	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2))
40	39	adantr 276	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) ∧ 𝑥 = 𝑘) → (𝑘 · 2) < (𝑃 / 2))
41	40	iftrued 3628	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) ∧ 𝑥 = 𝑘) → if((𝑘 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑘 · 2), (𝑃 − (𝑘 · 2))) = (𝑘 · 2))
42	6, 41	eqtrd 2265	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) ∧ 𝑥 = 𝑘) → if((𝑥 · 2) < (𝑃 / 2), (𝑥 · 2), (𝑃 − (𝑥 · 2))) = (𝑘 · 2))
43	18, 19	gausslemma2dlem0d 15917	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
44	43	nn0zd 9697	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
45		gausslemma2d.h	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐻 = ((𝑃 − 1) / 2)
46	18, 45	gausslemma2dlem0b 15915	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ ℕ)
47	46	nnzd 9698	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ ℤ)
48	18, 19, 45	gausslemma2dlem0g 15920	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≤ 𝐻)
49		eluz2 9858	. . . . . 6 ⊢ (𝐻 ∈ (ℤ≥‘𝑀) ↔ (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐻 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝐻))
50	44, 47, 48, 49	syl3anbrc 1208	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
51		fzss2 10397	. . . . 5 ⊢ (𝐻 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (1...𝑀) ⊆ (1...𝐻))
52	50, 51	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (1...𝑀) ⊆ (1...𝐻))
53	52	sselda 3237	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) → 𝑘 ∈ (1...𝐻))
54	53	elfzelzd 10359	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) → 𝑘 ∈ ℤ)
55		2z 9604	. . . . 5 ⊢ 2 ∈ ℤ
56	55	a1i 9	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) → 2 ∈ ℤ)
57	54, 56	zmulcld 9705	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) → (𝑘 · 2) ∈ ℤ)
58	1, 42, 53, 57	fvmptd2 5758	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑀)) → (𝑅‘𝑘) = (𝑘 · 2))
59	58	ralrimiva 2615	1 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ (1...𝑀)(𝑅‘𝑘) = (𝑘 · 2))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∧ w3a 1005   = wceq 1398   ∈ wcel 2203  ∀wral 2520   ∖ cdif 3207   ⊆ wss 3210  ifcif 3619  {csn 3688   class class class wbr 4108   ↦ cmpt 4170  ‘cfv 5351  (class class class)co 6049  ℝcr 8125  0cc0 8126  1c1 8127   · cmul 8131   < clt 8307   ≤ cle 8308   − cmin 8443   / cdiv 8945  ℕcn 9236  2c2 9287  4c4 9289  ℤcz 9576  ℤ_≥cuz 9852  ...cfz 10341  ⌊cfl 10627  ℙcprime 12800

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 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4224  ax-sep 4227  ax-nul 4235  ax-pow 4286  ax-pr 4321  ax-un 4553  ax-setind 4658  ax-iinf 4709  ax-cnex 8217  ax-resscn 8218  ax-1cn 8219  ax-1re 8220  ax-icn 8221  ax-addcl 8222  ax-addrcl 8223  ax-mulcl 8224  ax-mulrcl 8225  ax-addcom 8226  ax-mulcom 8227  ax-addass 8228  ax-mulass 8229  ax-distr 8230  ax-i2m1 8231  ax-0lt1 8232  ax-1rid 8233  ax-0id 8234  ax-rnegex 8235  ax-precex 8236  ax-cnre 8237  ax-pre-ltirr 8238  ax-pre-ltwlin 8239  ax-pre-lttrn 8240  ax-pre-apti 8241  ax-pre-ltadd 8242  ax-pre-mulgt0 8243  ax-pre-mulext 8244  ax-arch 8245  ax-caucvg 8246

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-xor 1421  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2814  df-sbc 3042  df-csb 3138  df-dif 3212  df-un 3214  df-in 3216  df-ss 3223  df-nul 3508  df-if 3620  df-pw 3670  df-sn 3694  df-pr 3695  df-op 3697  df-uni 3914  df-int 3949  df-iun 3992  df-br 4109  df-opab 4171  df-mpt 4172  df-tr 4208  df-id 4413  df-po 4416  df-iso 4417  df-iord 4486  df-on 4488  df-ilim 4489  df-suc 4491  df-iom 4712  df-xp 4754  df-rel 4755  df-cnv 4756  df-co 4757  df-dm 4758  df-rn 4759  df-res 4760  df-ima 4761  df-iota 5311  df-fun 5353  df-fn 5354  df-f 5355  df-f1 5356  df-fo 5357  df-f1o 5358  df-fv 5359  df-riota 6002  df-ov 6052  df-oprab 6053  df-mpo 6054  df-1st 6333  df-2nd 6334  df-recs 6535  df-frec 6621  df-1o 6646  df-2o 6647  df-er 6766  df-en 6975  df-pnf 8309  df-mnf 8310  df-xr 8311  df-ltxr 8312  df-le 8313  df-sub 8445  df-neg 8446  df-reap 8848  df-ap 8855  df-div 8946  df-inn 9237  df-2 9295  df-3 9296  df-4 9297  df-n0 9496  df-z 9577  df-uz 9853  df-q 9951  df-rp 9986  df-fz 10342  df-fl 10629  df-seqfrec 10809  df-exp 10900  df-cj 11523  df-re 11524  df-im 11525  df-rsqrt 11679  df-abs 11680  df-dvds 12470  df-prm 12801

This theorem is referenced by:  gausslemma2dlem6  15932