Theorem 2sqreu 26653

Description: There exists a unique decomposition of a prime of the form 4𝑘 + 1 as a sum of squares of two nonnegative integers. See 2sqnn0 26635 for the existence of such a decomposition. (Contributed by AV, 4-Jun-2023.) (Revised by AV, 25-Jun-2023.)

Hypothesis

Ref	Expression
2sqreu.1	⊢ (𝜑 ↔ (𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))

Assertion

Ref	Expression
2sqreu	⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ∧ ∃!𝑏 ∈ ℕ0 ∃𝑎 ∈ ℕ0 𝜑))

Distinct variable group:   𝑃,𝑎,𝑏

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑎,𝑏)

Proof of Theorem 2sqreu

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sqreulem1 26643	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → ∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃!𝑏 ∈ ℕ0 (𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))
2		2sqreu.1	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 ↔ (𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))
3	2	bicomi 223	. . . . 5 ⊢ ((𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) ↔ 𝜑)
4	3	reubii 3344	. . . 4 ⊢ (∃!𝑏 ∈ ℕ0 (𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) ↔ ∃!𝑏 ∈ ℕ0 𝜑)
5	4	reubii 3344	. . 3 ⊢ (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃!𝑏 ∈ ℕ0 (𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) ↔ ∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃!𝑏 ∈ ℕ0 𝜑)
6	2	2sqreulem4 26651	. . . 4 ⊢ ∀𝑎 ∈ ℕ0 ∃*𝑏 ∈ ℕ0 𝜑
7		2reu1 3835	. . . 4 ⊢ (∀𝑎 ∈ ℕ0 ∃*𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 → (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃!𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ↔ (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ∧ ∃!𝑏 ∈ ℕ0 ∃𝑎 ∈ ℕ0 𝜑)))
8	6, 7	mp1i 13	. . 3 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃!𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ↔ (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ∧ ∃!𝑏 ∈ ℕ0 ∃𝑎 ∈ ℕ0 𝜑)))
9	5, 8	bitrid 283	. 2 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃!𝑏 ∈ ℕ0 (𝑎 ≤ 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) ↔ (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ∧ ∃!𝑏 ∈ ℕ0 ∃𝑎 ∈ ℕ0 𝜑)))
10	1, 9	mpbid 231	1 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → (∃!𝑎 ∈ ℕ0 ∃𝑏 ∈ ℕ0 𝜑 ∧ ∃!𝑏 ∈ ℕ0 ∃𝑎 ∈ ℕ0 𝜑))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 397   = wceq 1539   ∈ wcel 2104  ∀wral 3062  ∃wrex 3071  ∃!wreu 3301  ∃*wrmo 3302   class class class wbr 5081  (class class class)co 7307  1c1 10922   + caddc 10924   ≤ cle 11060  2c2 12078  4c4 12080  ℕ₀cn0 12283   mod cmo 13639  ↑cexp 13832  ℙcprime 16425

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1911  ax-6 1969  ax-7 2009  ax-8 2106  ax-9 2114  ax-10 2135  ax-11 2152  ax-12 2169  ax-ext 2707  ax-rep 5218  ax-sep 5232  ax-nul 5239  ax-pow 5297  ax-pr 5361  ax-un 7620  ax-cnex 10977  ax-resscn 10978  ax-1cn 10979  ax-icn 10980  ax-addcl 10981  ax-addrcl 10982  ax-mulcl 10983  ax-mulrcl 10984  ax-mulcom 10985  ax-addass 10986  ax-mulass 10987  ax-distr 10988  ax-i2m1 10989  ax-1ne0 10990  ax-1rid 10991  ax-rnegex 10992  ax-rrecex 10993  ax-cnre 10994  ax-pre-lttri 10995  ax-pre-lttrn 10996  ax-pre-ltadd 10997  ax-pre-mulgt0 10998  ax-pre-sup 10999  ax-addf 11000  ax-mulf 11001

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2887  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3304  df-reu 3305  df-rab 3306  df-v 3439  df-sbc 3722  df-csb 3838  df-dif 3895  df-un 3897  df-in 3899  df-ss 3909  df-pss 3911  df-nul 4263  df-if 4466  df-pw 4541  df-sn 4566  df-pr 4568  df-tp 4570  df-op 4572  df-uni 4845  df-int 4887  df-iun 4933  df-iin 4934  df-br 5082  df-opab 5144  df-mpt 5165  df-tr 5199  df-id 5500  df-eprel 5506  df-po 5514  df-so 5515  df-fr 5555  df-se 5556  df-we 5557  df-xp 5606  df-rel 5607  df-cnv 5608  df-co 5609  df-dm 5610  df-rn 5611  df-res 5612  df-ima 5613  df-pred 6217  df-ord 6284  df-on 6285  df-lim 6286  df-suc 6287  df-iota 6410  df-fun 6460  df-fn 6461  df-f 6462  df-f1 6463  df-fo 6464  df-f1o 6465  df-fv 6466  df-isom 6467  df-riota 7264  df-ov 7310  df-oprab 7311  df-mpo 7312  df-of 7565  df-ofr 7566  df-om 7745  df-1st 7863  df-2nd 7864  df-supp 8009  df-tpos 8073  df-frecs 8128  df-wrecs 8159  df-recs 8233  df-rdg 8272  df-1o 8328  df-2o 8329  df-oadd 8332  df-er 8529  df-ec 8531  df-qs 8535  df-map 8648  df-pm 8649  df-ixp 8717  df-en 8765  df-dom 8766  df-sdom 8767  df-fin 8768  df-fsupp 9177  df-sup 9249  df-inf 9250  df-oi 9317  df-dju 9707  df-card 9745  df-pnf 11061  df-mnf 11062  df-xr 11063  df-ltxr 11064  df-le 11065  df-sub 11257  df-neg 11258  df-div 11683  df-nn 12024  df-2 12086  df-3 12087  df-4 12088  df-5 12089  df-6 12090  df-7 12091  df-8 12092  df-9 12093  df-n0 12284  df-xnn0 12356  df-z 12370  df-dec 12488  df-uz 12633  df-q 12739  df-rp 12781  df-fz 13290  df-fzo 13433  df-fl 13562  df-mod 13640  df-seq 13772  df-exp 13833  df-hash 14095  df-cj 14859  df-re 14860  df-im 14861  df-sqrt 14995  df-abs 14996  df-dvds 16013  df-gcd 16251  df-prm 16426  df-phi 16516  df-pc 16587  df-gz 16680  df-struct 16897  df-sets 16914  df-slot 16932  df-ndx 16944  df-base 16962  df-ress 16991  df-plusg 17024  df-mulr 17025  df-starv 17026  df-sca 17027  df-vsca 17028  df-ip 17029  df-tset 17030  df-ple 17031  df-ds 17033  df-unif 17034  df-hom 17035  df-cco 17036  df-0g 17201  df-gsum 17202  df-prds 17207  df-pws 17209  df-imas 17268  df-qus 17269  df-mre 17344  df-mrc 17345  df-acs 17347  df-mgm 18375  df-sgrp 18424  df-mnd 18435  df-mhm 18479  df-submnd 18480  df-grp 18629  df-minusg 18630  df-sbg 18631  df-mulg 18750  df-subg 18801  df-nsg 18802  df-eqg 18803  df-ghm 18881  df-cntz 18972  df-cmn 19437  df-abl 19438  df-mgp 19770  df-ur 19787  df-srg 19791  df-ring 19834  df-cring 19835  df-oppr 19911  df-dvdsr 19932  df-unit 19933  df-invr 19963  df-dvr 19974  df-rnghom 20008  df-drng 20042  df-field 20043  df-subrg 20071  df-lmod 20174  df-lss 20243  df-lsp 20283  df-sra 20483  df-rgmod 20484  df-lidl 20485  df-rsp 20486  df-2idl 20552  df-nzr 20578  df-rlreg 20603  df-domn 20604  df-idom 20605  df-cnfld 20647  df-zring 20720  df-zrh 20754  df-zn 20757  df-assa 21109  df-asp 21110  df-ascl 21111  df-psr 21161  df-mvr 21162  df-mpl 21163  df-opsr 21165  df-evls 21331  df-evl 21332  df-psr1 21400  df-vr1 21401  df-ply1 21402  df-coe1 21403  df-evl1 21531  df-mdeg 25266  df-deg1 25267  df-mon1 25344  df-uc1p 25345  df-q1p 25346  df-r1p 25347  df-lgs 26492

This theorem is referenced by:  2sqreuop  26659