Theorem 2sqcoprm 27499

Description: If the sum of two squares is prime, the two original numbers are coprime. (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Feb-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
2sqcoprm.1	⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ)
2sqcoprm.2	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
2sqcoprm.3	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℤ)
2sqcoprm.4	⊢ (𝜑 → ((𝐴↑2) + (𝐵↑2)) = 𝑃)

Assertion

Ref	Expression
2sqcoprm	⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)

Proof of Theorem 2sqcoprm

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sqcoprm.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ)
2		2sqcoprm.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℤ)
3		2sqcoprm.3	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℤ)
4		2sqcoprm.4	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑2) + (𝐵↑2)) = 𝑃)
5	1, 2, 3, 4	2sqn0 27498	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
6	2, 3	gcdcld 16542	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0)
7	6	adantr 484	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0)
8	2	adantr 484	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℤ)
9	3	adantr 484	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐵 ∈ ℤ)
10		simpr 488	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ≠ 0)
11	10	neneqd 2962	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ 𝐴 = 0)
12	11	intnanrd 493	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ (𝐴 = 0 ∧ 𝐵 = 0))
13		gcdn0cl 16536	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ ¬ (𝐴 = 0 ∧ 𝐵 = 0)) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ)
14	8, 9, 12, 13	syl21anc 848	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ)
15	14	nnsqcld 14257	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ)
16	6	nn0zd 12593	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ)
17		sqnprm 16737	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
18	16, 17	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
19		zsqcl 14142	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ)
20	16, 19	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ)
21		zsqcl 14142	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → (𝐴↑2) ∈ ℤ)
22	2, 21	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑2) ∈ ℤ)
23		zsqcl 14142	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐵 ∈ ℤ → (𝐵↑2) ∈ ℤ)
24	3, 23	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑2) ∈ ℤ)
25		gcddvds 16537	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵))
26	2, 3, 25	syl2anc 593	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵))
27	26	simpld 498	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴)
28		dvdssqim 16588	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2)))
29	28	imp 410	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2))
30	16, 2, 27, 29	syl21anc 848	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2))
31	26	simprd 499	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵)
32		dvdssqim 16588	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2)))
33	32	imp 410	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))
34	16, 3, 31, 33	syl21anc 848	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))
35	20, 22, 24, 30, 34	dvds2addd 16326	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ ((𝐴↑2) + (𝐵↑2)))
36	35, 4	breqtrd 5126	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃)
37	36	adantr 484	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃)
38		simpr 488	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2))
39	1	adantr 484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝑃 ∈ ℙ)
40		dvdsprm 16738	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃 ↔ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃))
41	38, 39, 40	syl2anc 593	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃 ↔ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃))
42	37, 41	mpbid 234	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃)
43	42, 39	eqeltrd 2862	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
44	18, 43	mtand 825	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2))
45		eluz2b3 12923	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
46	44, 45	sylnib 330	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ¬ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
47		imnan 403	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1) ↔ ¬ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
48	46, 47	sylibr 236	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
49	48	adantr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
50	15, 49	mpd 15	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1)
51		df-ne 2958	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1 ↔ ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
52	50, 51	sylnib 330	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
53	52	notnotrd 133	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
54		nn0sqeq1 15303	. . 3 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1) → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)
55	7, 53, 54	syl2anc 593	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)
56	5, 55	mpdan 697	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   = wceq 1560   ∈ wcel 2142   ≠ wne 2957   class class class wbr 5100  ‘cfv 6521  (class class class)co 7396  0cc0 11073  1c1 11074   + caddc 11076  ℕcn 12210  2c2 12272  ℕ₀cn0 12481  ℤcz 12568  ℤ_≥cuz 12839  ↑cexp 14074   ∥ cdvds 16286   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-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

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-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4951  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-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-riota 7353  df-ov 7399  df-oprab 7400  df-mpo 7401  df-om 7847  df-2nd 7971  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8342  df-rdg 8381  df-1o 8437  df-2o 8438  df-er 8678  df-en 8928  df-dom 8929  df-sdom 8930  df-fin 8931  df-sup 9388  df-inf 9389  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-n0 12482  df-z 12569  df-uz 12840  df-rp 12994  df-seq 14015  df-exp 14075  df-cj 15126  df-re 15127  df-im 15128  df-sqrt 15262  df-abs 15263  df-dvds 16287  df-gcd 16529  df-prm 16706

This theorem is referenced by:  2sqmod  27500