Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  2sqreunnltblem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 2sqreunnltblem 26045
 Description: Lemma for 2sqreunnltb 26055. (Contributed by AV, 11-Jun-2023.) The prime needs not be odd, as observed by WL. (Revised by AV, 18-Jun-2023.)
Assertion
Ref Expression
2sqreunnltblem (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 mod 4) = 1 ↔ ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)))
Distinct variable group:   𝑃,𝑎,𝑏

Proof of Theorem 2sqreunnltblem
StepHypRef Expression
1 2sqreunnltlem 26044 . . 3 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ (𝑃 mod 4) = 1) → ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))
21ex 416 . 2 (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 mod 4) = 1 → ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)))
3 2reu2rex 3377 . . . . 5 (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))
4 eqeq2 2810 . . . . . . . . 9 (𝑃 = 2 → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃 ↔ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 2))
54adantr 484 . . . . . . . 8 ((𝑃 = 2 ∧ (𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃 ↔ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 2))
6 nnnn0 11895 . . . . . . . . . . 11 (𝑎 ∈ ℕ → 𝑎 ∈ ℕ0)
7 nnnn0 11895 . . . . . . . . . . 11 (𝑏 ∈ ℕ → 𝑏 ∈ ℕ0)
8 2sq2 26027 . . . . . . . . . . 11 ((𝑎 ∈ ℕ0𝑏 ∈ ℕ0) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 2 ↔ (𝑎 = 1 ∧ 𝑏 = 1)))
96, 7, 8syl2an 598 . . . . . . . . . 10 ((𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 2 ↔ (𝑎 = 1 ∧ 𝑏 = 1)))
10 breq12 5036 . . . . . . . . . . 11 ((𝑎 = 1 ∧ 𝑏 = 1) → (𝑎 < 𝑏 ↔ 1 < 1))
11 1re 10633 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℝ
1211ltnri 10741 . . . . . . . . . . . 12 ¬ 1 < 1
1312pm2.21i 119 . . . . . . . . . . 11 (1 < 1 → (𝑃 mod 4) = 1)
1410, 13syl6bi 256 . . . . . . . . . 10 ((𝑎 = 1 ∧ 𝑏 = 1) → (𝑎 < 𝑏 → (𝑃 mod 4) = 1))
159, 14syl6bi 256 . . . . . . . . 9 ((𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 2 → (𝑎 < 𝑏 → (𝑃 mod 4) = 1)))
1615adantl 485 . . . . . . . 8 ((𝑃 = 2 ∧ (𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 2 → (𝑎 < 𝑏 → (𝑃 mod 4) = 1)))
175, 16sylbid 243 . . . . . . 7 ((𝑃 = 2 ∧ (𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃 → (𝑎 < 𝑏 → (𝑃 mod 4) = 1)))
1817impcomd 415 . . . . . 6 ((𝑃 = 2 ∧ (𝑎 ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ℕ)) → ((𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 mod 4) = 1))
1918rexlimdvva 3253 . . . . 5 (𝑃 = 2 → (∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 mod 4) = 1))
203, 19syl5 34 . . . 4 (𝑃 = 2 → (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 mod 4) = 1))
2120a1d 25 . . 3 (𝑃 = 2 → (𝑃 ∈ ℙ → (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 mod 4) = 1)))
22 nnssz 11993 . . . . . . . . 9 ℕ ⊆ ℤ
23 id 22 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃 → ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)
2423eqcomd 2804 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
2524adantl 485 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
2625reximi 3206 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
2726reximi 3206 . . . . . . . . . 10 (∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
28 ssrexv 3982 . . . . . . . . . . . 12 (ℕ ⊆ ℤ → (∃𝑏 ∈ ℕ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) → ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2))))
2922, 28ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑏 ∈ ℕ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) → ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
3029reximi 3206 . . . . . . . . . 10 (∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℕ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
313, 27, 303syl 18 . . . . . . . . 9 (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
32 ssrexv 3982 . . . . . . . . 9 (ℕ ⊆ ℤ → (∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2))))
3322, 31, 32mpsyl 68 . . . . . . . 8 (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
3433adantl 485 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)) → ∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)))
35 2sqb 26026 . . . . . . . 8 (𝑃 ∈ ℙ → (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) ↔ (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1)))
3635adantr 484 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)) → (∃𝑎 ∈ ℤ ∃𝑏 ∈ ℤ 𝑃 = ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) ↔ (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1)))
3734, 36mpbid 235 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)) → (𝑃 = 2 ∨ (𝑃 mod 4) = 1))
3837ord 861 . . . . 5 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)) → (¬ 𝑃 = 2 → (𝑃 mod 4) = 1))
3938expcom 417 . . . 4 (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 ∈ ℙ → (¬ 𝑃 = 2 → (𝑃 mod 4) = 1)))
4039com13 88 . . 3 𝑃 = 2 → (𝑃 ∈ ℙ → (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 mod 4) = 1)))
4121, 40pm2.61i 185 . 2 (𝑃 ∈ ℙ → (∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) → (𝑃 mod 4) = 1))
422, 41impbid 215 1 (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 mod 4) = 1 ↔ ∃!𝑎 ∈ ℕ ∃!𝑏 ∈ ℕ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∨ wo 844   = wceq 1538   ∈ wcel 2111  ∃wrex 3107  ∃!wreu 3108   ⊆ wss 3881   class class class wbr 5031  (class class class)co 7136  1c1 10530   + caddc 10532   < clt 10667  ℕcn 11628  2c2 11683  4c4 11685  ℕ0cn0 11888  ℤcz 11972   mod cmo 13235  ↑cexp 13428  ℙcprime 16008 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5155  ax-sep 5168  ax-nul 5175  ax-pow 5232  ax-pr 5296  ax-un 7444  ax-cnex 10585  ax-resscn 10586  ax-1cn 10587  ax-icn 10588  ax-addcl 10589  ax-addrcl 10590  ax-mulcl 10591  ax-mulrcl 10592  ax-mulcom 10593  ax-addass 10594  ax-mulass 10595  ax-distr 10596  ax-i2m1 10597  ax-1ne0 10598  ax-1rid 10599  ax-rnegex 10600  ax-rrecex 10601  ax-cnre 10602  ax-pre-lttri 10603  ax-pre-lttrn 10604  ax-pre-ltadd 10605  ax-pre-mulgt0 10606  ax-pre-sup 10607  ax-addf 10608  ax-mulf 10609 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4802  df-int 4840  df-iun 4884  df-iin 4885  df-br 5032  df-opab 5094  df-mpt 5112  df-tr 5138  df-id 5426  df-eprel 5431  df-po 5439  df-so 5440  df-fr 5479  df-se 5480  df-we 5481  df-xp 5526  df-rel 5527  df-cnv 5528  df-co 5529  df-dm 5530  df-rn 5531  df-res 5532  df-ima 5533  df-pred 6117  df-ord 6163  df-on 6164  df-lim 6165  df-suc 6166  df-iota 6284  df-fun 6327  df-fn 6328  df-f 6329  df-f1 6330  df-fo 6331  df-f1o 6332  df-fv 6333  df-isom 6334  df-riota 7094  df-ov 7139  df-oprab 7140  df-mpo 7141  df-of 7391  df-ofr 7392  df-om 7564  df-1st 7674  df-2nd 7675  df-supp 7817  df-tpos 7878  df-wrecs 7933  df-recs 7994  df-rdg 8032  df-1o 8088  df-2o 8089  df-oadd 8092  df-er 8275  df-ec 8277  df-qs 8281  df-map 8394  df-pm 8395  df-ixp 8448  df-en 8496  df-dom 8497  df-sdom 8498  df-fin 8499  df-fsupp 8821  df-sup 8893  df-inf 8894  df-oi 8961  df-dju 9317  df-card 9355  df-pnf 10669  df-mnf 10670  df-xr 10671  df-ltxr 10672  df-le 10673  df-sub 10864  df-neg 10865  df-div 11290  df-nn 11629  df-2 11691  df-3 11692  df-4 11693  df-5 11694  df-6 11695  df-7 11696  df-8 11697  df-9 11698  df-n0 11889  df-xnn0 11959  df-z 11973  df-dec 12090  df-uz 12235  df-q 12340  df-rp 12381  df-fz 12889  df-fzo 13032  df-fl 13160  df-mod 13236  df-seq 13368  df-exp 13429  df-hash 13690  df-cj 14453  df-re 14454  df-im 14455  df-sqrt 14589  df-abs 14590  df-dvds 15603  df-gcd 15837  df-prm 16009  df-phi 16096  df-pc 16167  df-gz 16259  df-struct 16480  df-ndx 16481  df-slot 16482  df-base 16484  df-sets 16485  df-ress 16486  df-plusg 16573  df-mulr 16574  df-starv 16575  df-sca 16576  df-vsca 16577  df-ip 16578  df-tset 16579  df-ple 16580  df-ds 16582  df-unif 16583  df-hom 16584  df-cco 16585  df-0g 16710  df-gsum 16711  df-prds 16716  df-pws 16718  df-imas 16776  df-qus 16777  df-mre 16852  df-mrc 16853  df-acs 16855  df-mgm 17847  df-sgrp 17896  df-mnd 17907  df-mhm 17951  df-submnd 17952  df-grp 18101  df-minusg 18102  df-sbg 18103  df-mulg 18221  df-subg 18272  df-nsg 18273  df-eqg 18274  df-ghm 18352  df-cntz 18443  df-cmn 18904  df-abl 18905  df-mgp 19237  df-ur 19249  df-srg 19253  df-ring 19296  df-cring 19297  df-oppr 19373  df-dvdsr 19391  df-unit 19392  df-invr 19422  df-dvr 19433  df-rnghom 19467  df-drng 19501  df-field 19502  df-subrg 19530  df-lmod 19633  df-lss 19701  df-lsp 19741  df-sra 19941  df-rgmod 19942  df-lidl 19943  df-rsp 19944  df-2idl 20002  df-nzr 20028  df-rlreg 20053  df-domn 20054  df-idom 20055  df-cnfld 20096  df-zring 20168  df-zrh 20202  df-zn 20205  df-assa 20547  df-asp 20548  df-ascl 20549  df-psr 20600  df-mvr 20601  df-mpl 20602  df-opsr 20604  df-evls 20751  df-evl 20752  df-psr1 20819  df-vr1 20820  df-ply1 20821  df-coe1 20822  df-evl1 20950  df-mdeg 24666  df-deg1 24667  df-mon1 24741  df-uc1p 24742  df-q1p 24743  df-r1p 24744  df-lgs 25889 This theorem is referenced by:  2sqreunnltb  26055
 Copyright terms: Public domain W3C validator