Theorem 2sqreuopb 26303

Description: There exists a unique decomposition of a prime as a sum of squares of two different positive integers iff the prime is of the form 4𝑘 + 1. Alternate ordered pair variant of 2sqreunnltb 26296. (Contributed by AV, 3-Jul-2023.)

Assertion

Ref	Expression
2sqreuopb	⊢ (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 mod 4) = 1 ↔ ∃!𝑝 ∈ (ℕ × ℕ)∃𝑎∃𝑏(𝑝 = ⟨𝑎, 𝑏⟩ ∧ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))))

Distinct variable group:   𝑃,𝑎,𝑏,𝑝

Proof of Theorem 2sqreuopb

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2sqreuopnnltb 26302	. 2 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 mod 4) = 1 ↔ ∃!𝑝 ∈ (ℕ × ℕ)((1st ‘𝑝) < (2nd ‘𝑝) ∧ (((1st ‘𝑝)↑2) + ((2nd ‘𝑝)↑2)) = 𝑃)))
2		breq12 5044	. . . 4 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → (𝑎 < 𝑏 ↔ (1st ‘𝑝) < (2nd ‘𝑝)))
3		simpl 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → 𝑎 = (1st ‘𝑝))
4	3	oveq1d 7206	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → (𝑎↑2) = ((1st ‘𝑝)↑2))
5		simpr 488	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → 𝑏 = (2nd ‘𝑝))
6	5	oveq1d 7206	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → (𝑏↑2) = ((2nd ‘𝑝)↑2))
7	4, 6	oveq12d 7209	. . . . 5 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = (((1st ‘𝑝)↑2) + ((2nd ‘𝑝)↑2)))
8	7	eqeq1d 2738	. . . 4 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → (((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃 ↔ (((1st ‘𝑝)↑2) + ((2nd ‘𝑝)↑2)) = 𝑃))
9	2, 8	anbi12d 634	. . 3 ⊢ ((𝑎 = (1st ‘𝑝) ∧ 𝑏 = (2nd ‘𝑝)) → ((𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃) ↔ ((1st ‘𝑝) < (2nd ‘𝑝) ∧ (((1st ‘𝑝)↑2) + ((2nd ‘𝑝)↑2)) = 𝑃)))
10	9	opreuopreu 7784	. 2 ⊢ (∃!𝑝 ∈ (ℕ × ℕ)((1st ‘𝑝) < (2nd ‘𝑝) ∧ (((1st ‘𝑝)↑2) + ((2nd ‘𝑝)↑2)) = 𝑃) ↔ ∃!𝑝 ∈ (ℕ × ℕ)∃𝑎∃𝑏(𝑝 = ⟨𝑎, 𝑏⟩ ∧ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃)))
11	1, 10	bitrdi 290	1 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → ((𝑃 mod 4) = 1 ↔ ∃!𝑝 ∈ (ℕ × ℕ)∃𝑎∃𝑏(𝑝 = ⟨𝑎, 𝑏⟩ ∧ (𝑎 < 𝑏 ∧ ((𝑎↑2) + (𝑏↑2)) = 𝑃))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1543  ∃wex 1787   ∈ wcel 2112  ∃!wreu 3053  ⟨cop 4533   class class class wbr 5039   × cxp 5534  ‘cfv 6358  (class class class)co 7191  1^st c1st 7737  2^nd c2nd 7738  1c1 10695   + caddc 10697   < clt 10832  ℕcn 11795  2c2 11850  4c4 11852   mod cmo 13407  ↑cexp 13600  ℙcprime 16191

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2018  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2160  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5164  ax-sep 5177  ax-nul 5184  ax-pow 5243  ax-pr 5307  ax-un 7501  ax-cnex 10750  ax-resscn 10751  ax-1cn 10752  ax-icn 10753  ax-addcl 10754  ax-addrcl 10755  ax-mulcl 10756  ax-mulrcl 10757  ax-mulcom 10758  ax-addass 10759  ax-mulass 10760  ax-distr 10761  ax-i2m1 10762  ax-1ne0 10763  ax-1rid 10764  ax-rnegex 10765  ax-rrecex 10766  ax-cnre 10767  ax-pre-lttri 10768  ax-pre-lttrn 10769  ax-pre-ltadd 10770  ax-pre-mulgt0 10771  ax-pre-sup 10772  ax-addf 10773  ax-mulf 10774

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2073  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2809  df-nfc 2879  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3056  df-rex 3057  df-reu 3058  df-rmo 3059  df-rab 3060  df-v 3400  df-sbc 3684  df-csb 3799  df-dif 3856  df-un 3858  df-in 3860  df-ss 3870  df-pss 3872  df-nul 4224  df-if 4426  df-pw 4501  df-sn 4528  df-pr 4530  df-tp 4532  df-op 4534  df-uni 4806  df-int 4846  df-iun 4892  df-iin 4893  df-br 5040  df-opab 5102  df-mpt 5121  df-tr 5147  df-id 5440  df-eprel 5445  df-po 5453  df-so 5454  df-fr 5494  df-se 5495  df-we 5496  df-xp 5542  df-rel 5543  df-cnv 5544  df-co 5545  df-dm 5546  df-rn 5547  df-res 5548  df-ima 5549  df-pred 6140  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6316  df-fun 6360  df-fn 6361  df-f 6362  df-f1 6363  df-fo 6364  df-f1o 6365  df-fv 6366  df-isom 6367  df-riota 7148  df-ov 7194  df-oprab 7195  df-mpo 7196  df-of 7447  df-ofr 7448  df-om 7623  df-1st 7739  df-2nd 7740  df-supp 7882  df-tpos 7946  df-wrecs 8025  df-recs 8086  df-rdg 8124  df-1o 8180  df-2o 8181  df-oadd 8184  df-er 8369  df-ec 8371  df-qs 8375  df-map 8488  df-pm 8489  df-ixp 8557  df-en 8605  df-dom 8606  df-sdom 8607  df-fin 8608  df-fsupp 8964  df-sup 9036  df-inf 9037  df-oi 9104  df-dju 9482  df-card 9520  df-pnf 10834  df-mnf 10835  df-xr 10836  df-ltxr 10837  df-le 10838  df-sub 11029  df-neg 11030  df-div 11455  df-nn 11796  df-2 11858  df-3 11859  df-4 11860  df-5 11861  df-6 11862  df-7 11863  df-8 11864  df-9 11865  df-n0 12056  df-xnn0 12128  df-z 12142  df-dec 12259  df-uz 12404  df-q 12510  df-rp 12552  df-fz 13061  df-fzo 13204  df-fl 13332  df-mod 13408  df-seq 13540  df-exp 13601  df-hash 13862  df-cj 14627  df-re 14628  df-im 14629  df-sqrt 14763  df-abs 14764  df-dvds 15779  df-gcd 16017  df-prm 16192  df-phi 16282  df-pc 16353  df-gz 16446  df-struct 16668  df-ndx 16669  df-slot 16670  df-base 16672  df-sets 16673  df-ress 16674  df-plusg 16762  df-mulr 16763  df-starv 16764  df-sca 16765  df-vsca 16766  df-ip 16767  df-tset 16768  df-ple 16769  df-ds 16771  df-unif 16772  df-hom 16773  df-cco 16774  df-0g 16900  df-gsum 16901  df-prds 16906  df-pws 16908  df-imas 16967  df-qus 16968  df-mre 17043  df-mrc 17044  df-acs 17046  df-mgm 18068  df-sgrp 18117  df-mnd 18128  df-mhm 18172  df-submnd 18173  df-grp 18322  df-minusg 18323  df-sbg 18324  df-mulg 18443  df-subg 18494  df-nsg 18495  df-eqg 18496  df-ghm 18574  df-cntz 18665  df-cmn 19126  df-abl 19127  df-mgp 19459  df-ur 19471  df-srg 19475  df-ring 19518  df-cring 19519  df-oppr 19595  df-dvdsr 19613  df-unit 19614  df-invr 19644  df-dvr 19655  df-rnghom 19689  df-drng 19723  df-field 19724  df-subrg 19752  df-lmod 19855  df-lss 19923  df-lsp 19963  df-sra 20163  df-rgmod 20164  df-lidl 20165  df-rsp 20166  df-2idl 20224  df-nzr 20250  df-rlreg 20275  df-domn 20276  df-idom 20277  df-cnfld 20318  df-zring 20390  df-zrh 20424  df-zn 20427  df-assa 20769  df-asp 20770  df-ascl 20771  df-psr 20822  df-mvr 20823  df-mpl 20824  df-opsr 20826  df-evls 20986  df-evl 20987  df-psr1 21055  df-vr1 21056  df-ply1 21057  df-coe1 21058  df-evl1 21186  df-mdeg 24904  df-deg1 24905  df-mon1 24982  df-uc1p 24983  df-q1p 24984  df-r1p 24985  df-lgs 26130

This theorem is referenced by: (None)