Theorem 2sqb 27496

Description: The converse to 2sq 27494. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Jun-2015.)

Assertion

Ref	Expression
2sqb	⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑃

Proof of Theorem 2sqb

Dummy variables 𝑎 𝑏 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		df-ne 2958	. . . 4 ⊢ (𝑃 ≠ 2 ↔ ¬ 𝑃 = 2)
2		prmz 16709	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℤ)
3	2	ad3antrrr 740	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑃 ∈ ℤ)
4		simplrr 787	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → 𝑦 ∈ ℤ)
5		bezout 16577	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑃 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ) → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))
6	3, 4, 5	syl2anc 593	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))
7		simplll 784	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → (𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2))
8		simpllr 785	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ))
9		simplr 778	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
10		simprll 788	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → 𝑎 ∈ ℤ)
11		simprlr 789	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → 𝑏 ∈ ℤ)
12		simprr 782	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))
13	7, 8, 9, 10, 11, 12	2sqblem 27495	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ ((𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) ∧ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)))) → (𝑃 mod 4) = 1)
14	13	expr 460	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) ∧ (𝑎 ∈ ℤ ∧ 𝑏 ∈ ℤ)) → ((𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)) → (𝑃 mod 4) = 1))
15	14	rexlimdvva 3219	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ (𝑃 gcd 𝑦) = ((𝑃 · 𝑎) + (𝑦 · 𝑏)) → (𝑃 mod 4) = 1))
16	6, 15	mpd 15	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) ∧ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → (𝑃 mod 4) = 1)
17	16	ex 416	. . . . . 6 ⊢ (((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) ∧ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑦 ∈ ℤ)) → (𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) → (𝑃 mod 4) = 1))
18	17	rexlimdvva 3219	. . . . 5 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 ≠ 2) → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) → (𝑃 mod 4) = 1))
19	18	impancom 455	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → (𝑃 ≠ 2 → (𝑃 mod 4) = 1))
20	1, 19	biimtrrid 245	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → (¬ 𝑃 = 2 → (𝑃 mod 4) = 1))
21	20	orrd 874	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2))) → (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1))
22		1z 12601	. . . . 5 ⊢ 1 ∈ ℤ
23		oveq1 7403	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 1 → (𝑥↑2) = (1↑2))
24		sq1 14208	. . . . . . . . 9 ⊢ (1↑2) = 1
25	23, 24	eqtrdi 2813	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 1 → (𝑥↑2) = 1)
26	25	oveq1d 7411	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 1 → ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) = (1 + (𝑦↑2)))
27	26	eqeq2d 2773	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 1 → (𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ 𝑃 = (1 + (𝑦↑2))))
28		oveq1 7403	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = 1 → (𝑦↑2) = (1↑2))
29	28, 24	eqtrdi 2813	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 1 → (𝑦↑2) = 1)
30	29	oveq2d 7412	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 1 → (1 + (𝑦↑2)) = (1 + 1))
31		1p1e2 12341	. . . . . . . 8 ⊢ (1 + 1) = 2
32	30, 31	eqtrdi 2813	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 1 → (1 + (𝑦↑2)) = 2)
33	32	eqeq2d 2773	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = 1 → (𝑃 = (1 + (𝑦↑2)) ↔ 𝑃 = 2))
34	27, 33	rspc2ev 3594	. . . . 5 ⊢ ((1 ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℤ ∧ 𝑃 = 2) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
35	22, 22, 34	mp3an12 1472	. . . 4 ⊢ (𝑃 = 2 → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
36	35	adantl 485	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑃 = 2) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
37		2sq 27494	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
38	36, 37	jaodan 970	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1)) → ∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)))
39	21, 38	impbida 810	1 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → (∃𝑥 ∈ ℤ ∃𝑦 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑥↑2) + (𝑦↑2)) ↔ (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   ∨ wo 858   = wceq 1560   ∈ wcel 2142   ≠ wne 2957  ∃wrex 3086  (class class class)co 7396  1c1 11074   + caddc 11076   · cmul 11078  2c2 12272  4c4 12274  ℤcz 12568   mod cmo 13879  ↑cexp 14074   gcd cgcd 16528  ℙcprime 16705

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1815  ax-4 1829  ax-5 1930  ax-6 1987  ax-7 2028  ax-8 2144  ax-9 2152  ax-10 2175  ax-11 2191  ax-12 2212  ax-ext 2734  ax-rep 5227  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5322  ax-pr 5390  ax-un 7718  ax-cnex 11129  ax-resscn 11130  ax-1cn 11131  ax-icn 11132  ax-addcl 11133  ax-addrcl 11134  ax-mulcl 11135  ax-mulrcl 11136  ax-mulcom 11137  ax-addass 11138  ax-mulass 11139  ax-distr 11140  ax-i2m1 11141  ax-1ne0 11142  ax-1rid 11143  ax-rnegex 11144  ax-rrecex 11145  ax-cnre 11146  ax-pre-lttri 11147  ax-pre-lttrn 11148  ax-pre-ltadd 11149  ax-pre-mulgt0 11150  ax-pre-sup 11151  ax-addf 11152  ax-mulf 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1099  df-3an 1100  df-tru 1563  df-fal 1573  df-ex 1800  df-nf 1804  df-sb 2091  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3456  df-sbc 3745  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4481  df-pw 4557  df-sn 4583  df-pr 4585  df-tp 4587  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4906  df-iun 4951  df-iin 4952  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5542  df-eprel 5547  df-po 5555  df-so 5556  df-fr 5600  df-se 5601  df-we 5602  df-xp 5653  df-rel 5654  df-cnv 5655  df-co 5656  df-dm 5657  df-rn 5658  df-res 5659  df-ima 5660  df-pred 6288  df-ord 6349  df-on 6350  df-lim 6351  df-suc 6352  df-iota 6477  df-fun 6523  df-fn 6524  df-f 6525  df-f1 6526  df-fo 6527  df-f1o 6528  df-fv 6529  df-isom 6530  df-riota 7353  df-ov 7399  df-oprab 7400  df-mpo 7401  df-of 7660  df-ofr 7661  df-om 7847  df-1st 7970  df-2nd 7971  df-supp 8141  df-tpos 8206  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8342  df-rdg 8381  df-1o 8437  df-2o 8438  df-oadd 8441  df-er 8678  df-ec 8680  df-qs 8684  df-map 8810  df-pm 8811  df-ixp 8880  df-en 8928  df-dom 8929  df-sdom 8930  df-fin 8931  df-fsupp 9308  df-sup 9388  df-inf 9389  df-oi 9458  df-dju 9859  df-card 9897  df-pnf 11218  df-mnf 11219  df-xr 11220  df-ltxr 11221  df-le 11222  df-sub 11416  df-neg 11417  df-div 11845  df-nn 12211  df-2 12280  df-3 12281  df-4 12282  df-5 12283  df-6 12284  df-7 12285  df-8 12286  df-9 12287  df-n0 12482  df-xnn0 12555  df-z 12569  df-dec 12689  df-uz 12840  df-q 12950  df-rp 12994  df-fz 13513  df-fzo 13660  df-fl 13802  df-mod 13880  df-seq 14015  df-exp 14075  df-hash 14344  df-cj 15126  df-re 15127  df-im 15128  df-sqrt 15262  df-abs 15263  df-dvds 16287  df-gcd 16529  df-prm 16706  df-phi 16801  df-pc 16873  df-gz 16966  df-struct 17183  df-sets 17200  df-slot 17218  df-ndx 17230  df-base 17246  df-ress 17267  df-plusg 17299  df-mulr 17300  df-starv 17301  df-sca 17302  df-vsca 17303  df-ip 17304  df-tset 17305  df-ple 17306  df-ds 17308  df-unif 17309  df-hom 17310  df-cco 17311  df-0g 17470  df-gsum 17471  df-prds 17476  df-pws 17478  df-imas 17538  df-qus 17539  df-mre 17614  df-mrc 17615  df-acs 17617  df-mgm 18674  df-sgrp 18753  df-mnd 18769  df-mhm 18817  df-submnd 18818  df-grp 18978  df-minusg 18979  df-sbg 18980  df-mulg 19110  df-subg 19165  df-nsg 19166  df-eqg 19167  df-ghm 19254  df-cntz 19357  df-cmn 19822  df-abl 19823  df-mgp 20187  df-rng 20199  df-ur 20232  df-srg 20237  df-ring 20285  df-cring 20286  df-oppr 20386  df-dvdsr 20406  df-unit 20407  df-invr 20437  df-dvr 20450  df-rhm 20521  df-nzr 20563  df-subrng 20596  df-subrg 20620  df-rlreg 20744  df-domn 20745  df-idom 20746  df-drng 20781  df-field 20782  df-lmod 20929  df-lss 20999  df-lsp 21039  df-sra 21240  df-rgmod 21241  df-lidl 21278  df-rsp 21279  df-2idl 21320  df-cnfld 21425  df-zring 21499  df-zrh 21555  df-zn 21558  df-assa 21905  df-asp 21906  df-ascl 21907  df-psr 21961  df-mvr 21962  df-mpl 21963  df-opsr 21965  df-evls 22127  df-evl 22128  df-psr1 22242  df-vr1 22243  df-ply1 22244  df-coe1 22245  df-evl1 22379  df-mdeg 26115  df-deg1 26116  df-mon1 26191  df-uc1p 26192  df-q1p 26193  df-r1p 26194  df-lgs 27359

This theorem is referenced by:  2sqreultblem  27512  2sqreunnltblem  27515