Theorem 2sqcoprm 27599

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 27598	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
6	2, 3	gcdcld 16561	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0)
7	6	adantr 485	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0)
8	2	adantr 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ∈ ℤ)
9	3	adantr 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐵 ∈ ℤ)
10		simpr 489	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → 𝐴 ≠ 0)
11	10	neneqd 2963	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ 𝐴 = 0)
12	11	intnanrd 494	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ (𝐴 = 0 ∧ 𝐵 = 0))
13		gcdn0cl 16555	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ ¬ (𝐴 = 0 ∧ 𝐵 = 0)) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ)
14	8, 9, 12, 13	syl21anc 850	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ)
15	14	nnsqcld 14276	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ)
16	6	nn0zd 12611	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ)
17		sqnprm 16756	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
18	16, 17	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
19		zsqcl 14161	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ)
20	16, 19	syl 18	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℤ)
21		zsqcl 14161	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐴 ∈ ℤ → (𝐴↑2) ∈ ℤ)
22	2, 21	syl 18	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑2) ∈ ℤ)
23		zsqcl 14161	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐵 ∈ ℤ → (𝐵↑2) ∈ ℤ)
24	3, 23	syl 18	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑2) ∈ ℤ)
25		gcddvds 16556	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵))
26	2, 3, 25	syl2anc 595	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵))
27	26	simpld 499	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴)
28		dvdssqim 16607	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2)))
29	28	imp 411	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ) ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐴) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2))
30	16, 2, 27, 29	syl21anc 850	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐴↑2))
31	26	simprd 500	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵)
32		dvdssqim 16607	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2)))
33	32	imp 411	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ (𝐴 gcd 𝐵) ∥ 𝐵) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))
34	16, 3, 31, 33	syl21anc 850	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ (𝐵↑2))
35	20, 22, 24, 30, 34	dvds2addd 16345	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ ((𝐴↑2) + (𝐵↑2)))
36	35, 4	breqtrd 5137	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃)
37	36	adantr 485	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃)
38		simpr 489	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2))
39	1	adantr 485	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝑃 ∈ ℙ)
40		dvdsprm 16757	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃 ↔ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃))
41	38, 39, 40	syl2anc 595	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∥ 𝑃 ↔ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃))
42	37, 41	mpbid 235	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 𝑃)
43	42, 39	eqeltrd 2863	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℙ)
44	18, 43	mtand 827	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2))
45		eluz2b3 12941	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
46	44, 45	sylnib 331	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ¬ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
47		imnan 404	. . . . . . . 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 237	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
49	48	adantr 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ∈ ℕ → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1))
50	15, 49	mpd 16	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1)
51		df-ne 2959	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵)↑2) ≠ 1 ↔ ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
52	50, 51	sylnib 331	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ¬ ¬ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
53	52	notnotrd 134	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1)
54		nn0sqeq1 15323	. . 3 ⊢ (((𝐴 gcd 𝐵) ∈ ℕ0 ∧ ((𝐴 gcd 𝐵)↑2) = 1) → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)
55	7, 53, 54	syl2anc 595	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ 0) → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)
56	5, 55	mpdan 699	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴 gcd 𝐵) = 1)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1570   ∈ wcel 2143   ≠ wne 2958   class class class wbr 5109  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  0cc0 11095  1c1 11096   + caddc 11098  ℕcn 12228  2c2 12290  ℕ₀cn0 12499  ℤcz 12586  ℤ_≥cuz 12857  ↑cexp 14093   ∥ cdvds 16305   gcd cgcd 16547  ℙcprime 16724

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-er 8690  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-sup 9398  df-inf 9399  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-3 12299  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-rp 13012  df-seq 14034  df-exp 14094  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283  df-dvds 16306  df-gcd 16548  df-prm 16725

This theorem is referenced by:  2sqmod  27600