Theorem 2sqcoprm 30181

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 30180	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
6	2, 3	gcdcld 15603	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0)
7	6	adantr 474	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0)
8	2	adantr 474	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℤ)
9	3	adantr 474	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐵 ∈ ℤ)
10		simpr 479	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ≠ 0)
11	10	neneqd 3004	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ 𝐴 = 0)
12	11	intnanrd 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ (𝐴 = 0 ∧ 𝐵 = 0))
13		gcdn0cl 15597	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ ¬ (𝐴 = 0 ∧ 𝐵 = 0)) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ)
14	8, 9, 12, 13	syl21anc 871	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ)
15	14	nnsqcld 13325	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ)
16	6	nn0zd 11808	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ)
17		sqnprm 15785	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
18	16, 17	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
19		zsqcl 13228	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ)
20	16, 19	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ)
21		zsqcl 13228	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → (𝐴↑2) ∈ ℤ)
22	2, 21	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑2) ∈ ℤ)
23		zsqcl 13228	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐵 ∈ ℤ → (𝐵↑2) ∈ ℤ)
24	3, 23	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑2) ∈ ℤ)
25		gcddvds 15598	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵))
26	2, 3, 25	syl2anc 579	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵))
27	26	simpld 490	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴)
28		dvdssqim 15646	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2)))
29	28	imp 397	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2))
30	16, 2, 27, 29	syl21anc 871	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2))
31	26	simprd 491	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵)
32		dvdssqim 15646	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2)))
33	32	imp 397	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))
34	16, 3, 31, 33	syl21anc 871	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))
35		dvds2add 15392	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ ∧ (𝐴↑2) ∈ ℤ ∧ (𝐵↑2) ∈ ℤ) → ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2) ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ ((𝐴↑2) + (𝐵↑2))))
36	35	imp 397	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ ∧ (𝐴↑2) ∈ ℤ ∧ (𝐵↑2) ∈ ℤ) ∧ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2) ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ ((𝐴↑2) + (𝐵↑2)))
37	20, 22, 24, 30, 34, 36	syl32anc 1501	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ ((𝐴↑2) + (𝐵↑2)))
38	37, 4	breqtrd 4899	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃)
39	38	adantr 474	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃)
40		simpr 479	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2))
41	1	adantr 474	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝑃 ∈ ℙ)
42		dvdsprm 15786	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃 ↔ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃))
43	40, 41, 42	syl2anc 579	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃 ↔ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃))
44	39, 43	mpbid 224	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃)
45	44, 41	eqeltrd 2906	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
46	18, 45	mtand 850	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2))
47		eluz2b3 12045	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
48	46, 47	sylnib 320	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ¬ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
49		imnan 390	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1) ↔ ¬ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
50	48, 49	sylibr 226	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
51	50	adantr 474	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
52	15, 51	mpd 15	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1)
53		df-ne 3000	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1 ↔ ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
54	52, 53	sylnib 320	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
55	54	notnotrd 131	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
56		nn0sqeq1 30049	. . 3 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1) → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)
57	7, 55, 56	syl2anc 579	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)
58	5, 57	mpdan 678	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 386   ∧ w3a 1111   = wceq 1656   ∈ wcel 2164   ≠ wne 2999   class class class wbr 4873  ‘cfv 6123  (class class class)co 6905  0cc0 10252  1c1 10253   + caddc 10255  ℕcn 11350  2c2 11406  ℕ₀cn0 11618  ℤcz 11704  ℤ_≥cuz 11968  ↑cexp 13154   ∥ cdvds 15357   gcd cgcd 15589  ℙcprime 15757

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1894  ax-4 1908  ax-5 2009  ax-6 2075  ax-7 2112  ax-8 2166  ax-9 2173  ax-10 2192  ax-11 2207  ax-12 2220  ax-13 2389  ax-ext 2803  ax-sep 5005  ax-nul 5013  ax-pow 5065  ax-pr 5127  ax-un 7209  ax-cnex 10308  ax-resscn 10309  ax-1cn 10310  ax-icn 10311  ax-addcl 10312  ax-addrcl 10313  ax-mulcl 10314  ax-mulrcl 10315  ax-mulcom 10316  ax-addass 10317  ax-mulass 10318  ax-distr 10319  ax-i2m1 10320  ax-1ne0 10321  ax-1rid 10322  ax-rnegex 10323  ax-rrecex 10324  ax-cnre 10325  ax-pre-lttri 10326  ax-pre-lttrn 10327  ax-pre-ltadd 10328  ax-pre-mulgt0 10329  ax-pre-sup 10330

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 879  df-3or 1112  df-3an 1113  df-tru 1660  df-ex 1879  df-nf 1883  df-sb 2068  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4145  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4659  df-iun 4742  df-br 4874  df-opab 4936  df-mpt 4953  df-tr 4976  df-id 5250  df-eprel 5255  df-po 5263  df-so 5264  df-fr 5301  df-we 5303  df-xp 5348  df-rel 5349  df-cnv 5350  df-co 5351  df-dm 5352  df-rn 5353  df-res 5354  df-ima 5355  df-pred 5920  df-ord 5966  df-on 5967  df-lim 5968  df-suc 5969  df-iota 6086  df-fun 6125  df-fn 6126  df-f 6127  df-f1 6128  df-fo 6129  df-f1o 6130  df-fv 6131  df-riota 6866  df-ov 6908  df-oprab 6909  df-mpt2 6910  df-om 7327  df-2nd 7429  df-wrecs 7672  df-recs 7734  df-rdg 7772  df-1o 7826  df-2o 7827  df-er 8009  df-en 8223  df-dom 8224  df-sdom 8225  df-fin 8226  df-sup 8617  df-inf 8618  df-pnf 10393  df-mnf 10394  df-xr 10395  df-ltxr 10396  df-le 10397  df-sub 10587  df-neg 10588  df-div 11010  df-nn 11351  df-2 11414  df-3 11415  df-n0 11619  df-z 11705  df-uz 11969  df-rp 12113  df-seq 13096  df-exp 13155  df-cj 14216  df-re 14217  df-im 14218  df-sqrt 14352  df-abs 14353  df-dvds 15358  df-gcd 15590  df-prm 15758

This theorem is referenced by:  2sqmod  30182