Theorem flt4lem5elem 43098

Description: Version of fltaccoprm 43087 and fltbccoprm 43088 where 𝑀 is not squared. This can be proved in general for any polynomial in three variables: using prmdvdsncoprmbd 16688, dvds2addd 16252, and prmdvdsexp 16676, we can show that if two variables are coprime, the third is also coprime to the two. (Contributed by SN, 24-Aug-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
flt4lem5elem.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
flt4lem5elem.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℕ)
flt4lem5elem.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℕ)
flt4lem5elem.1	⊢ (𝜑 → 𝑀 = ((𝑅↑2) + (𝑆↑2)))
flt4lem5elem.2	⊢ (𝜑 → (𝑅 gcd 𝑆) = 1)

Assertion

Ref	Expression
flt4lem5elem	⊢ (𝜑 → ((𝑅 gcd 𝑀) = 1 ∧ (𝑆 gcd 𝑀) = 1))

Proof of Theorem flt4lem5elem

Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		flt4lem5elem.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑅 gcd 𝑆) = 1)
2		flt4lem5elem.r	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℕ)
3		flt4lem5elem.s	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℕ)
4	2, 3	prmdvdsncoprmbd 16688	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆) ↔ (𝑅 gcd 𝑆) ≠ 1))
5	4	necon2bbid 2976	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑅 gcd 𝑆) = 1 ↔ ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆)))
6	1, 5	mpbid 232	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆))
7		simprl 771	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ 𝑅)
8		simplr 769	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∈ ℙ)
9		prmz 16635	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ ℤ)
10	8, 9	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∈ ℤ)
11		flt4lem5elem.m	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
12	11	nnzd 12541	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
13	12	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑀 ∈ ℤ)
14	2	nnsqcld 14197	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝑅↑2) ∈ ℕ)
15	14	nnzd 12541	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑅↑2) ∈ ℤ)
16	15	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑅↑2) ∈ ℤ)
17		simprr 773	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ 𝑀)
18	2	nnzd 12541	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℤ)
19	18	ad2antrr 727	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑅 ∈ ℤ)
20		prmdvdssq 16679	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 𝑅 ∈ ℤ) → (𝑝 ∥ 𝑅 ↔ 𝑝 ∥ (𝑅↑2)))
21	8, 19, 20	syl2anc 585	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑝 ∥ 𝑅 ↔ 𝑝 ∥ (𝑅↑2)))
22	7, 21	mpbid 232	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ (𝑅↑2))
23	10, 13, 16, 17, 22	dvds2subd 16253	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ (𝑀 − (𝑅↑2)))
24	14	nncnd 12181	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑅↑2) ∈ ℂ)
25	24	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑅↑2) ∈ ℂ)
26	3	nnsqcld 14197	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝑆↑2) ∈ ℕ)
27	26	nncnd 12181	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑆↑2) ∈ ℂ)
28	27	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑆↑2) ∈ ℂ)
29		flt4lem5elem.1	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑀 = ((𝑅↑2) + (𝑆↑2)))
30	29	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑀 = ((𝑅↑2) + (𝑆↑2)))
31	25, 28, 30	mvrladdd 11554	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑀 − (𝑅↑2)) = (𝑆↑2))
32	23, 31	breqtrd 5112	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ (𝑆↑2))
33	3	nnzd 12541	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℤ)
34	33	ad2antrr 727	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑆 ∈ ℤ)
35		prmdvdssq 16679	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 𝑆 ∈ ℤ) → (𝑝 ∥ 𝑆 ↔ 𝑝 ∥ (𝑆↑2)))
36	8, 34, 35	syl2anc 585	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑝 ∥ 𝑆 ↔ 𝑝 ∥ (𝑆↑2)))
37	32, 36	mpbird 257	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ 𝑆)
38	7, 37	jca 511	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆))
39	38	ex 412	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀) → (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆)))
40	39	reximdva 3151	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀) → ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆)))
41	6, 40	mtod 198	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀))
42	2, 11	prmdvdsncoprmbd 16688	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀) ↔ (𝑅 gcd 𝑀) ≠ 1))
43	42	necon2bbid 2976	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑅 gcd 𝑀) = 1 ↔ ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)))
44	41, 43	mpbird 257	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑅 gcd 𝑀) = 1)
45		simplr 769	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∈ ℙ)
46	45, 9	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∈ ℤ)
47	12	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑀 ∈ ℤ)
48	26	nnzd 12541	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑆↑2) ∈ ℤ)
49	48	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑆↑2) ∈ ℤ)
50		simprr 773	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ 𝑀)
51		simprl 771	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ 𝑆)
52	33	ad2antrr 727	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑆 ∈ ℤ)
53	45, 52, 35	syl2anc 585	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑝 ∥ 𝑆 ↔ 𝑝 ∥ (𝑆↑2)))
54	51, 53	mpbid 232	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ (𝑆↑2))
55	46, 47, 49, 50, 54	dvds2subd 16253	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ (𝑀 − (𝑆↑2)))
56	24	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑅↑2) ∈ ℂ)
57	27	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑆↑2) ∈ ℂ)
58	29	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑀 = ((𝑅↑2) + (𝑆↑2)))
59	56, 57, 58	mvrraddd 11553	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑀 − (𝑆↑2)) = (𝑅↑2))
60	55, 59	breqtrd 5112	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ (𝑅↑2))
61	18	ad2antrr 727	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑅 ∈ ℤ)
62	45, 61, 20	syl2anc 585	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑝 ∥ 𝑅 ↔ 𝑝 ∥ (𝑅↑2)))
63	60, 62	mpbird 257	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → 𝑝 ∥ 𝑅)
64	63, 51	jca 511	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) ∧ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)) → (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆))
65	64	ex 412	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ ℙ) → ((𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀) → (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆)))
66	65	reximdva 3151	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀) → ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑅 ∧ 𝑝 ∥ 𝑆)))
67	6, 66	mtod 198	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀))
68	3, 11	prmdvdsncoprmbd 16688	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀) ↔ (𝑆 gcd 𝑀) ≠ 1))
69	68	necon2bbid 2976	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑆 gcd 𝑀) = 1 ↔ ¬ ∃𝑝 ∈ ℙ (𝑝 ∥ 𝑆 ∧ 𝑝 ∥ 𝑀)))
70	67, 69	mpbird 257	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑆 gcd 𝑀) = 1)
71	44, 70	jca 511	1 ⊢ (𝜑 → ((𝑅 gcd 𝑀) = 1 ∧ (𝑆 gcd 𝑀) = 1))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∃wrex 3062   class class class wbr 5086  (class class class)co 7360  ℂcc 11027  1c1 11030   + caddc 11032   − cmin 11368  ℕcn 12165  2c2 12227  ℤcz 12515  ↑cexp 14014   ∥ cdvds 16212   gcd cgcd 16454  ℙcprime 16631

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106  ax-pre-sup 11107

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-1o 8398  df-2o 8399  df-er 8636  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-fin 8890  df-sup 9348  df-inf 9349  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-n0 12429  df-z 12516  df-uz 12780  df-rp 12934  df-fz 13453  df-fl 13742  df-mod 13820  df-seq 13955  df-exp 14015  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-dvds 16213  df-gcd 16455  df-prm 16632

This theorem is referenced by:  flt4lem5e  43103