Theorem 2lgslem1 27460

Description: Lemma 1 for 2lgs 27473. (Contributed by AV, 19-Jun-2021.)

Assertion

Ref	Expression
2lgslem1	⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))}) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))

Distinct variable group:   𝑃,𝑖,𝑥

Proof of Theorem 2lgslem1

Dummy variables 𝑓 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2lgslem1a 27457	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → {𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))} = {𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})
2	1	fveq2d 6873	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))}) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
3		ovex 7431	. . 3 ⊢ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ∈ V
4	3	mptex 7209	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) ∈ V
5		f1oeq1 6796	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) → (𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)} ↔ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)):(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
6		eqid 2764	. . . . . 6 ⊢ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) = (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))
7		eqid 2764	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)) = (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2))
8	6, 7	2lgslem1b 27458	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ↦ (𝑦 · 2)):(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}
9	4, 5, 8	ceqsexv2d 3505	. . . 4 ⊢ ∃𝑓 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}
10	9	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ∃𝑓 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})
11		hasheqf1oi 14366	. . 3 ⊢ ((((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2)) ∈ V → (∃𝑓 𝑓:(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)} → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)})))
12	3, 10, 11	mpsyl 68	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))𝑥 = (𝑖 · 2)}))
13		prmz 16711	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
14	13	zred 12679	. . . . . . 7 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℝ)
15		4re 12304	. . . . . . . 8 ⊢ 4 ∈ ℝ
16	15	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 4 ∈ ℝ)
17		4ne0 12331	. . . . . . . 8 ⊢ 4 ≠ 0
18	17	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 4 ≠ 0)
19	14, 16, 18	redivcld 12021	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (𝑃 / 4) ∈ ℝ)
20	19	flcld 13810	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ)
21	20	adantr 484	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ)
22		oddm1d2 16396	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ))
23	13, 22	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (¬ 2 ∥ 𝑃 ↔ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ))
24	23	biimpa 480	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ)
25		2lgslem1c 27459	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (⌊‘(𝑃 / 4)) ≤ ((𝑃 − 1) / 2))
26		eluz2 12847	. . . 4 ⊢ (((𝑃 − 1) / 2) ∈ (ℤ≥‘(⌊‘(𝑃 / 4))) ↔ ((⌊‘(𝑃 / 4)) ∈ ℤ ∧ ((𝑃 − 1) / 2) ∈ ℤ ∧ (⌊‘(𝑃 / 4)) ≤ ((𝑃 − 1) / 2)))
27	21, 24, 25, 26	syl3anbrc 1358	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → ((𝑃 − 1) / 2) ∈ (ℤ≥‘(⌊‘(𝑃 / 4))))
28		hashfzp1 14446	. . 3 ⊢ (((𝑃 − 1) / 2) ∈ (ℤ≥‘(⌊‘(𝑃 / 4))) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))
29	27, 28	syl 17	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘(((⌊‘(𝑃 / 4)) + 1)...((𝑃 − 1) / 2))) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))
30	2, 12, 29	3eqtr2d 2805	1 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ¬ 2 ∥ 𝑃) → (♯‘{𝑥 ∈ ℤ ∣ ∃𝑖 ∈ (1...((𝑃 − 1) / 2))(𝑥 = (𝑖 · 2) ∧ (𝑃 / 2) < (𝑥 mod 𝑃))}) = (((𝑃 − 1) / 2) − (⌊‘(𝑃 / 4))))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   = wceq 1562  ∃wex 1801   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2959  ∃wrex 3088  {crab 3416  Vcvv 3456   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5183  –1-1-onto→wf1o 6522  ‘cfv 6523  (class class class)co 7398  ℝcr 11074  0cc0 11075  1c1 11076   + caddc 11078   · cmul 11080   < clt 11218   ≤ cle 11219   − cmin 11416   / cdiv 11846  2c2 12274  4c4 12276  ℤcz 12570  ℤ_≥cuz 12841  ...cfz 13514  ⌊cfl 13802   mod cmo 13881  ♯chash 14345   ∥ cdvds 16288  ℙcprime 16707

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1817  ax-4 1831  ax-5 1932  ax-6 1989  ax-7 2030  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2214  ax-ext 2736  ax-rep 5229  ax-sep 5248  ax-nul 5258  ax-pow 5324  ax-pr 5392  ax-un 7720  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1100  df-3an 1101  df-tru 1565  df-fal 1575  df-ex 1802  df-nf 1806  df-sb 2093  df-mo 2568  df-eu 2598  df-clab 2743  df-cleq 2756  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3458  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5544  df-eprel 5549  df-po 5557  df-so 5558  df-fr 5602  df-we 5604  df-xp 5655  df-rel 5656  df-cnv 5657  df-co 5658  df-dm 5659  df-rn 5660  df-res 5661  df-ima 5662  df-pred 6290  df-ord 6351  df-on 6352  df-lim 6353  df-suc 6354  df-iota 6479  df-fun 6525  df-fn 6526  df-f 6527  df-f1 6528  df-fo 6529  df-f1o 6530  df-fv 6531  df-riota 7355  df-ov 7401  df-oprab 7402  df-mpo 7403  df-om 7849  df-1st 7972  df-2nd 7973  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8344  df-rdg 8383  df-1o 8439  df-er 8680  df-en 8930  df-dom 8931  df-sdom 8932  df-fin 8933  df-sup 9390  df-inf 9391  df-card 9899  df-pnf 11220  df-mnf 11221  df-xr 11222  df-ltxr 11223  df-le 11224  df-sub 11418  df-neg 11419  df-div 11847  df-nn 12213  df-2 12282  df-3 12283  df-4 12284  df-n0 12484  df-z 12571  df-uz 12842  df-rp 12996  df-fz 13515  df-fl 13804  df-mod 13882  df-hash 14346  df-dvds 16289  df-prm 16708

This theorem is referenced by:  2lgs  27473