Theorem odd2np1lem 12378

Description: Lemma for odd2np1 12379. (Contributed by Scott Fenton, 3-Apr-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2014.)

Assertion

Ref	Expression
odd2np1lem	⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑁 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑁))

Distinct variable groups:   𝑘,𝑁   𝑛,𝑁

Proof of Theorem odd2np1lem

Dummy variables 𝑗 𝑚 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqeq2 2239	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 0 → (((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ((2 · 𝑛) + 1) = 0))
2	1	rexbidv 2531	. . 3 ⊢ (𝑗 = 0 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 0))
3		eqeq2 2239	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 0 → ((𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ (𝑘 · 2) = 0))
4	3	rexbidv 2531	. . 3 ⊢ (𝑗 = 0 → (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 0))
5	2, 4	orbi12d 798	. 2 ⊢ (𝑗 = 0 → ((∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗) ↔ (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 0 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 0)))
6		eqeq2 2239	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → (((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑚))
7	6	rexbidv 2531	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑚))
8		oveq2 6008	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑥 → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑥))
9	8	oveq1d 6015	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑥 → ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑥) + 1))
10	9	eqeq1d 2238	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑥 → (((2 · 𝑛) + 1) = 𝑚 ↔ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚))
11	10	cbvrexv 2766	. . . 4 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑚 ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚)
12	7, 11	bitrdi 196	. . 3 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚))
13		eqeq2 2239	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → ((𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ (𝑘 · 2) = 𝑚))
14	13	rexbidv 2531	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑚))
15		oveq1 6007	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑦 → (𝑘 · 2) = (𝑦 · 2))
16	15	eqeq1d 2238	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑦 → ((𝑘 · 2) = 𝑚 ↔ (𝑦 · 2) = 𝑚))
17	16	cbvrexv 2766	. . . 4 ⊢ (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑚 ↔ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚)
18	14, 17	bitrdi 196	. . 3 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚))
19	12, 18	orbi12d 798	. 2 ⊢ (𝑗 = 𝑚 → ((∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗) ↔ (∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 ∨ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚)))
20		eqeq2 2239	. . . 4 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → (((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
21	20	rexbidv 2531	. . 3 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
22		eqeq2 2239	. . . 4 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → ((𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1)))
23	22	rexbidv 2531	. . 3 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1)))
24	21, 23	orbi12d 798	. 2 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → ((∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗) ↔ (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1) ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1))))
25		eqeq2 2239	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑁))
26	25	rexbidv 2531	. . 3 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑁))
27		eqeq2 2239	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ (𝑘 · 2) = 𝑁))
28	27	rexbidv 2531	. . 3 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗 ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑁))
29	26, 28	orbi12d 798	. 2 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑗 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑗) ↔ (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑁 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑁)))
30		0z 9453	. . . 4 ⊢ 0 ∈ ℤ
31		2cn 9177	. . . . 5 ⊢ 2 ∈ ℂ
32	31	mul02i 8532	. . . 4 ⊢ (0 · 2) = 0
33		oveq1 6007	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 0 → (𝑘 · 2) = (0 · 2))
34	33	eqeq1d 2238	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 0 → ((𝑘 · 2) = 0 ↔ (0 · 2) = 0))
35	34	rspcev 2907	. . . 4 ⊢ ((0 ∈ ℤ ∧ (0 · 2) = 0) → ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 0)
36	30, 32, 35	mp2an 426	. . 3 ⊢ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 0
37	36	olci 737	. 2 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 0 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 0)
38		orcom 733	. . 3 ⊢ ((∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 ∨ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚) ↔ (∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚 ∨ ∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚))
39		zcn 9447	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → 𝑦 ∈ ℂ)
40		mulcom 8124	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑦 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → (𝑦 · 2) = (2 · 𝑦))
41	39, 31, 40	sylancl 413	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → (𝑦 · 2) = (2 · 𝑦))
42	41	adantl 277	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → (𝑦 · 2) = (2 · 𝑦))
43	42	eqeq1d 2238	. . . . . 6 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((𝑦 · 2) = 𝑚 ↔ (2 · 𝑦) = 𝑚))
44		eqid 2229	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 · 𝑦) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1)
45		oveq2 6008	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑛 = 𝑦 → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑦))
46	45	oveq1d 6015	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 = 𝑦 → ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1))
47	46	eqeq1d 2238	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 = 𝑦 → (((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1) ↔ ((2 · 𝑦) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1)))
48	47	rspcev 2907	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑦 ∈ ℤ ∧ ((2 · 𝑦) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1)) → ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1))
49	44, 48	mpan2 425	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1))
50		oveq1 6007	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · 𝑦) = 𝑚 → ((2 · 𝑦) + 1) = (𝑚 + 1))
51	50	eqeq2d 2241	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 · 𝑦) = 𝑚 → (((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1) ↔ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
52	51	rexbidv 2531	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · 𝑦) = 𝑚 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑦) + 1) ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
53	49, 52	syl5ibcom 155	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 ∈ ℤ → ((2 · 𝑦) = 𝑚 → ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
54	53	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((2 · 𝑦) = 𝑚 → ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
55	43, 54	sylbid 150	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ((𝑦 · 2) = 𝑚 → ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
56	55	rexlimdva 2648	. . . 4 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → (∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚 → ∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1)))
57		peano2z 9478	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ → (𝑥 + 1) ∈ ℤ)
58	57	adantl 277	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (𝑥 + 1) ∈ ℤ)
59		zcn 9447	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ → 𝑥 ∈ ℂ)
60		mulcom 8124	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → (𝑥 · 2) = (2 · 𝑥))
61	31, 60	mpan2 425	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → (𝑥 · 2) = (2 · 𝑥))
62	31	mullidi 8145	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (1 · 2) = 2
63	62	a1i 9	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → (1 · 2) = 2)
64	61, 63	oveq12d 6018	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → ((𝑥 · 2) + (1 · 2)) = ((2 · 𝑥) + 2))
65		df-2 9165	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 = (1 + 1)
66	65	oveq2i 6011	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((2 · 𝑥) + 2) = ((2 · 𝑥) + (1 + 1))
67	64, 66	eqtrdi 2278	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → ((𝑥 · 2) + (1 · 2)) = ((2 · 𝑥) + (1 + 1)))
68		ax-1cn 8088	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℂ
69		adddir 8133	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → ((𝑥 + 1) · 2) = ((𝑥 · 2) + (1 · 2)))
70	68, 31, 69	mp3an23 1363	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → ((𝑥 + 1) · 2) = ((𝑥 · 2) + (1 · 2)))
71		mulcl 8122	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((2 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → (2 · 𝑥) ∈ ℂ)
72	31, 71	mpan 424	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → (2 · 𝑥) ∈ ℂ)
73		addass 8125	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((2 · 𝑥) ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (((2 · 𝑥) + 1) + 1) = ((2 · 𝑥) + (1 + 1)))
74	68, 68, 73	mp3an23 1363	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((2 · 𝑥) ∈ ℂ → (((2 · 𝑥) + 1) + 1) = ((2 · 𝑥) + (1 + 1)))
75	72, 74	syl 14	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → (((2 · 𝑥) + 1) + 1) = ((2 · 𝑥) + (1 + 1)))
76	67, 70, 75	3eqtr4d 2272	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℂ → ((𝑥 + 1) · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1))
77	59, 76	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℤ → ((𝑥 + 1) · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1))
78	77	adantl 277	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ((𝑥 + 1) · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1))
79		oveq1 6007	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = (𝑥 + 1) → (𝑘 · 2) = ((𝑥 + 1) · 2))
80	79	eqeq1d 2238	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = (𝑥 + 1) → ((𝑘 · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1) ↔ ((𝑥 + 1) · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1)))
81	80	rspcev 2907	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑥 + 1) ∈ ℤ ∧ ((𝑥 + 1) · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1)) → ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1))
82	58, 78, 81	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1))
83		oveq1 6007	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 → (((2 · 𝑥) + 1) + 1) = (𝑚 + 1))
84	83	eqeq2d 2241	. . . . . . 7 ⊢ (((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 → ((𝑘 · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1) ↔ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1)))
85	84	rexbidv 2531	. . . . . 6 ⊢ (((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 → (∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (((2 · 𝑥) + 1) + 1) ↔ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1)))
86	82, 85	syl5ibcom 155	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑥 ∈ ℤ) → (((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 → ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1)))
87	86	rexlimdva 2648	. . . 4 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → (∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 → ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1)))
88	56, 87	orim12d 791	. . 3 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → ((∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚 ∨ ∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚) → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1) ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1))))
89	38, 88	biimtrid 152	. 2 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → ((∃𝑥 ∈ ℤ ((2 · 𝑥) + 1) = 𝑚 ∨ ∃𝑦 ∈ ℤ (𝑦 · 2) = 𝑚) → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = (𝑚 + 1) ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = (𝑚 + 1))))
90	5, 19, 24, 29, 37, 89	nn0ind 9557	1 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (∃𝑛 ∈ ℤ ((2 · 𝑛) + 1) = 𝑁 ∨ ∃𝑘 ∈ ℤ (𝑘 · 2) = 𝑁))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 713   = wceq 1395   ∈ wcel 2200  ∃wrex 2509  (class class class)co 6000  ℂcc 7993  0cc0 7995  1c1 7996   + caddc 7998   · cmul 8000  2c2 9157  ℕ₀cn0 9365  ℤcz 9442

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 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-sep 4201  ax-pow 4257  ax-pr 4292  ax-un 4523  ax-setind 4628  ax-cnex 8086  ax-resscn 8087  ax-1cn 8088  ax-1re 8089  ax-icn 8090  ax-addcl 8091  ax-addrcl 8092  ax-mulcl 8093  ax-addcom 8095  ax-mulcom 8096  ax-addass 8097  ax-mulass 8098  ax-distr 8099  ax-i2m1 8100  ax-0lt1 8101  ax-1rid 8102  ax-0id 8103  ax-rnegex 8104  ax-cnre 8106  ax-pre-ltirr 8107  ax-pre-ltwlin 8108  ax-pre-lttrn 8109  ax-pre-ltadd 8111

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-nel 2496  df-ral 2513  df-rex 2514  df-reu 2515  df-rab 2517  df-v 2801  df-sbc 3029  df-dif 3199  df-un 3201  df-in 3203  df-ss 3210  df-pw 3651  df-sn 3672  df-pr 3673  df-op 3675  df-uni 3888  df-int 3923  df-br 4083  df-opab 4145  df-id 4383  df-xp 4724  df-rel 4725  df-cnv 4726  df-co 4727  df-dm 4728  df-iota 5277  df-fun 5319  df-fv 5325  df-riota 5953  df-ov 6003  df-oprab 6004  df-mpo 6005  df-pnf 8179  df-mnf 8180  df-xr 8181  df-ltxr 8182  df-le 8183  df-sub 8315  df-neg 8316  df-inn 9107  df-2 9165  df-n0 9366  df-z 9443

This theorem is referenced by:  odd2np1  12379