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Theorem 2sqlem10 22713
Description: Lemma for 2sq 22715. Every factor of a "proper" sum of two squares (where the summands are coprime) is a sum of two squares. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
2sq.1  |-  S  =  ran  ( w  e.  ZZ[_i]  |->  ( ( abs `  w
) ^ 2 ) )
2sqlem7.2  |-  Y  =  { z  |  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  ( ( x  gcd  y )  =  1  /\  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) }
Assertion
Ref Expression
2sqlem10  |-  ( ( A  e.  Y  /\  B  e.  NN  /\  B  ||  A )  ->  B  e.  S )
Distinct variable groups:    x, w, y, z    x, A, y, z    x, B, y   
x, S, y, z   
x, Y, y
Allowed substitution hints:    A( w)    B( z, w)    S( w)    Y( z, w)

Proof of Theorem 2sqlem10
Dummy variables  a 
b  n  m are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elfz1end 11479 . . . . 5  |-  ( B  e.  NN  <->  B  e.  ( 1 ... B
) )
21biimpi 194 . . . 4  |-  ( B  e.  NN  ->  B  e.  ( 1 ... B
) )
3 oveq2 6099 . . . . . 6  |-  ( m  =  1  ->  (
1 ... m )  =  ( 1 ... 1
) )
43raleqdv 2923 . . . . 5  |-  ( m  =  1  ->  ( A. b  e.  (
1 ... m ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. b  e.  ( 1 ... 1
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) ) )
5 oveq2 6099 . . . . . 6  |-  ( m  =  n  ->  (
1 ... m )  =  ( 1 ... n
) )
65raleqdv 2923 . . . . 5  |-  ( m  =  n  ->  ( A. b  e.  (
1 ... m ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. b  e.  ( 1 ... n
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) ) )
7 oveq2 6099 . . . . . 6  |-  ( m  =  ( n  + 
1 )  ->  (
1 ... m )  =  ( 1 ... (
n  +  1 ) ) )
87raleqdv 2923 . . . . 5  |-  ( m  =  ( n  + 
1 )  ->  ( A. b  e.  (
1 ... m ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. b  e.  ( 1 ... (
n  +  1 ) ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) ) )
9 oveq2 6099 . . . . . 6  |-  ( m  =  B  ->  (
1 ... m )  =  ( 1 ... B
) )
109raleqdv 2923 . . . . 5  |-  ( m  =  B  ->  ( A. b  e.  (
1 ... m ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. b  e.  ( 1 ... B
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) ) )
11 elfz1eq 11462 . . . . . . . . 9  |-  ( b  e.  ( 1 ... 1 )  ->  b  =  1 )
12 1z 10676 . . . . . . . . . . . 12  |-  1  e.  ZZ
13 zgz 13994 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( 1  e.  ZZ  ->  1  e.  ZZ[_i]
)
1412, 13ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  ZZ[_i]
15 sq1 11960 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( 1 ^ 2 )  =  1
1615eqcomi 2447 . . . . . . . . . . 11  |-  1  =  ( 1 ^ 2 )
17 fveq2 5691 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  1  ->  ( abs `  x )  =  ( abs `  1
) )
18 abs1 12786 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( abs `  1 )  =  1
1917, 18syl6eq 2491 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  1  ->  ( abs `  x )  =  1 )
2019oveq1d 6106 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  1  ->  (
( abs `  x
) ^ 2 )  =  ( 1 ^ 2 ) )
2120eqeq2d 2454 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  =  1  ->  (
1  =  ( ( abs `  x ) ^ 2 )  <->  1  =  ( 1 ^ 2 ) ) )
2221rspcev 3073 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( 1  e.  ZZ[_i]  /\  1  =  ( 1 ^ 2 ) )  ->  E. x  e.  ZZ[_i]  1  =  ( ( abs `  x ) ^ 2 ) )
2314, 16, 22mp2an 672 . . . . . . . . . 10  |-  E. x  e.  ZZ[_i] 
1  =  ( ( abs `  x ) ^ 2 )
24 2sq.1 . . . . . . . . . . 11  |-  S  =  ran  ( w  e.  ZZ[_i]  |->  ( ( abs `  w
) ^ 2 ) )
25242sqlem1 22702 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1  e.  S  <->  E. x  e.  ZZ[_i] 
1  =  ( ( abs `  x ) ^ 2 ) )
2623, 25mpbir 209 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  S
2711, 26syl6eqel 2531 . . . . . . . 8  |-  ( b  e.  ( 1 ... 1 )  ->  b  e.  S )
2827a1d 25 . . . . . . 7  |-  ( b  e.  ( 1 ... 1 )  ->  (
b  ||  a  ->  b  e.  S ) )
2928ralrimivw 2800 . . . . . 6  |-  ( b  e.  ( 1 ... 1 )  ->  A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )
3029rgen 2781 . . . . 5  |-  A. b  e.  ( 1 ... 1
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
)
31 2sqlem7.2 . . . . . . . . . . . . 13  |-  Y  =  { z  |  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  ( ( x  gcd  y )  =  1  /\  z  =  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) }
32 simplr 754 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )
33 nncn 10330 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( n  e.  NN  ->  n  e.  CC )
3433ad2antrr 725 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  n  e.  CC )
35 ax-1cn 9340 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  1  e.  CC
36 pncan 9616 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( n  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( ( n  + 
1 )  -  1 )  =  n )
3734, 35, 36sylancl 662 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  ( ( n  +  1 )  - 
1 )  =  n )
3837oveq2d 6107 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  ( 1 ... ( ( n  + 
1 )  -  1 ) )  =  ( 1 ... n ) )
3938raleqdv 2923 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  ( A. b  e.  ( 1 ... (
( n  +  1 )  -  1 ) ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
)  <->  A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) ) )
4032, 39mpbird 232 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  A. b  e.  ( 1 ... ( ( n  +  1 )  -  1 ) ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )
41 simprr 756 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  ( n  + 
1 )  ||  m
)
42 peano2nn 10334 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( n  e.  NN  ->  (
n  +  1 )  e.  NN )
4342ad2antrr 725 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  ( n  + 
1 )  e.  NN )
44 simprl 755 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  m  e.  Y
)
4524, 31, 40, 41, 43, 442sqlem9 22712 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  ( m  e.  Y  /\  (
n  +  1 ) 
||  m ) )  ->  ( n  + 
1 )  e.  S
)
4645expr 615 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( n  e.  NN  /\ 
A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  /\  m  e.  Y )  ->  (
( n  +  1 )  ||  m  -> 
( n  +  1 )  e.  S ) )
4746ralrimiva 2799 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( n  e.  NN  /\  A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S ) )  ->  A. m  e.  Y  ( ( n  + 
1 )  ||  m  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) )
4847ex 434 . . . . . . . . 9  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  ->  A. m  e.  Y  ( ( n  + 
1 )  ||  m  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) ) )
49 breq2 4296 . . . . . . . . . . 11  |-  ( a  =  m  ->  (
( n  +  1 )  ||  a  <->  ( n  +  1 )  ||  m ) )
5049imbi1d 317 . . . . . . . . . 10  |-  ( a  =  m  ->  (
( ( n  + 
1 )  ||  a  ->  ( n  +  1 )  e.  S )  <-> 
( ( n  + 
1 )  ||  m  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) ) )
5150cbvralv 2947 . . . . . . . . 9  |-  ( A. a  e.  Y  (
( n  +  1 )  ||  a  -> 
( n  +  1 )  e.  S )  <->  A. m  e.  Y  ( ( n  + 
1 )  ||  m  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) )
5248, 51syl6ibr 227 . . . . . . . 8  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  ->  A. a  e.  Y  ( ( n  + 
1 )  ||  a  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) ) )
53 ovex 6116 . . . . . . . . 9  |-  ( n  +  1 )  e. 
_V
54 breq1 4295 . . . . . . . . . . 11  |-  ( b  =  ( n  + 
1 )  ->  (
b  ||  a  <->  ( n  +  1 )  ||  a ) )
55 eleq1 2503 . . . . . . . . . . 11  |-  ( b  =  ( n  + 
1 )  ->  (
b  e.  S  <->  ( n  +  1 )  e.  S ) )
5654, 55imbi12d 320 . . . . . . . . . 10  |-  ( b  =  ( n  + 
1 )  ->  (
( b  ||  a  ->  b  e.  S )  <-> 
( ( n  + 
1 )  ||  a  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) ) )
5756ralbidv 2735 . . . . . . . . 9  |-  ( b  =  ( n  + 
1 )  ->  ( A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. a  e.  Y  ( ( n  + 
1 )  ||  a  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) ) )
5853, 57ralsn 3915 . . . . . . . 8  |-  ( A. b  e.  { (
n  +  1 ) } A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
)  <->  A. a  e.  Y  ( ( n  + 
1 )  ||  a  ->  ( n  +  1 )  e.  S ) )
5952, 58syl6ibr 227 . . . . . . 7  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  ->  A. b  e.  { ( n  +  1 ) } A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) ) )
6059ancld 553 . . . . . 6  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  -> 
( A. b  e.  ( 1 ... n
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
)  /\  A. b  e.  { ( n  + 
1 ) } A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S ) ) ) )
61 elnnuz 10897 . . . . . . . . 9  |-  ( n  e.  NN  <->  n  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
62 fzsuc 11502 . . . . . . . . 9  |-  ( n  e.  ( ZZ>= `  1
)  ->  ( 1 ... ( n  + 
1 ) )  =  ( ( 1 ... n )  u.  {
( n  +  1 ) } ) )
6361, 62sylbi 195 . . . . . . . 8  |-  ( n  e.  NN  ->  (
1 ... ( n  + 
1 ) )  =  ( ( 1 ... n )  u.  {
( n  +  1 ) } ) )
6463raleqdv 2923 . . . . . . 7  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... ( n  + 
1 ) ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. b  e.  ( ( 1 ... n )  u.  {
( n  +  1 ) } ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S ) ) )
65 ralunb 3537 . . . . . . 7  |-  ( A. b  e.  ( (
1 ... n )  u. 
{ ( n  + 
1 ) } ) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S )  <-> 
( A. b  e.  ( 1 ... n
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
)  /\  A. b  e.  { ( n  + 
1 ) } A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S ) ) )
6664, 65syl6bb 261 . . . . . 6  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... ( n  + 
1 ) ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  ( A. b  e.  ( 1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  /\  A. b  e.  { ( n  +  1 ) } A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) ) ) )
6760, 66sylibrd 234 . . . . 5  |-  ( n  e.  NN  ->  ( A. b  e.  (
1 ... n ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  ->  A. b  e.  (
1 ... ( n  + 
1 ) ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S ) ) )
684, 6, 8, 10, 30, 67nnind 10340 . . . 4  |-  ( B  e.  NN  ->  A. b  e.  ( 1 ... B
) A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S
) )
69 breq1 4295 . . . . . . 7  |-  ( b  =  B  ->  (
b  ||  a  <->  B  ||  a
) )
70 eleq1 2503 . . . . . . 7  |-  ( b  =  B  ->  (
b  e.  S  <->  B  e.  S ) )
7169, 70imbi12d 320 . . . . . 6  |-  ( b  =  B  ->  (
( b  ||  a  ->  b  e.  S )  <-> 
( B  ||  a  ->  B  e.  S ) ) )
7271ralbidv 2735 . . . . 5  |-  ( b  =  B  ->  ( A. a  e.  Y  ( b  ||  a  ->  b  e.  S )  <->  A. a  e.  Y  ( B  ||  a  ->  B  e.  S )
) )
7372rspcv 3069 . . . 4  |-  ( B  e.  ( 1 ... B )  ->  ( A. b  e.  (
1 ... B ) A. a  e.  Y  (
b  ||  a  ->  b  e.  S )  ->  A. a  e.  Y  ( B  ||  a  ->  B  e.  S )
) )
742, 68, 73sylc 60 . . 3  |-  ( B  e.  NN  ->  A. a  e.  Y  ( B  ||  a  ->  B  e.  S ) )
75 breq2 4296 . . . . 5  |-  ( a  =  A  ->  ( B  ||  a  <->  B  ||  A
) )
7675imbi1d 317 . . . 4  |-  ( a  =  A  ->  (
( B  ||  a  ->  B  e.  S )  <-> 
( B  ||  A  ->  B  e.  S ) ) )
7776rspcv 3069 . . 3  |-  ( A  e.  Y  ->  ( A. a  e.  Y  ( B  ||  a  ->  B  e.  S )  ->  ( B  ||  A  ->  B  e.  S ) ) )
7874, 77syl5 32 . 2  |-  ( A  e.  Y  ->  ( B  e.  NN  ->  ( B  ||  A  ->  B  e.  S )
) )
79783imp 1181 1  |-  ( ( A  e.  Y  /\  B  e.  NN  /\  B  ||  A )  ->  B  e.  S )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 369    /\ w3a 965    = wceq 1369    e. wcel 1756   {cab 2429   A.wral 2715   E.wrex 2716    u. cun 3326   {csn 3877   class class class wbr 4292    e. cmpt 4350   ran crn 4841   ` cfv 5418  (class class class)co 6091   CCcc 9280   1c1 9283    + caddc 9285    - cmin 9595   NNcn 10322   2c2 10371   ZZcz 10646   ZZ>=cuz 10861   ...cfz 11437   ^cexp 11865   abscabs 12723    || cdivides 13535    gcd cgcd 13690   ZZ[_i]cgz 13990
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1591  ax-4 1602  ax-5 1670  ax-6 1708  ax-7 1728  ax-8 1758  ax-9 1760  ax-10 1775  ax-11 1780  ax-12 1792  ax-13 1943  ax-ext 2423  ax-sep 4413  ax-nul 4421  ax-pow 4470  ax-pr 4531  ax-un 6372  ax-cnex 9338  ax-resscn 9339  ax-1cn 9340  ax-icn 9341  ax-addcl 9342  ax-addrcl 9343  ax-mulcl 9344  ax-mulrcl 9345  ax-mulcom 9346  ax-addass 9347  ax-mulass 9348  ax-distr 9349  ax-i2m1 9350  ax-1ne0 9351  ax-1rid 9352  ax-rnegex 9353  ax-rrecex 9354  ax-cnre 9355  ax-pre-lttri 9356  ax-pre-lttrn 9357  ax-pre-ltadd 9358  ax-pre-mulgt0 9359  ax-pre-sup 9360
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1372  df-ex 1587  df-nf 1590  df-sb 1701  df-eu 2257  df-mo 2258  df-clab 2430  df-cleq 2436  df-clel 2439  df-nfc 2568  df-ne 2608  df-nel 2609  df-ral 2720  df-rex 2721  df-reu 2722  df-rmo 2723  df-rab 2724  df-v 2974  df-sbc 3187  df-csb 3289  df-dif 3331  df-un 3333  df-in 3335  df-ss 3342  df-pss 3344  df-nul 3638  df-if 3792  df-pw 3862  df-sn 3878  df-pr 3880  df-tp 3882  df-op 3884  df-uni 4092  df-int 4129  df-iun 4173  df-br 4293  df-opab 4351  df-mpt 4352  df-tr 4386  df-eprel 4632  df-id 4636  df-po 4641  df-so 4642  df-fr 4679  df-we 4681  df-ord 4722  df-on 4723  df-lim 4724  df-suc 4725  df-xp 4846  df-rel 4847  df-cnv 4848  df-co 4849  df-dm 4850  df-rn 4851  df-res 4852  df-ima 4853  df-iota 5381  df-fun 5420  df-fn 5421  df-f 5422  df-f1 5423  df-fo 5424  df-f1o 5425  df-fv 5426  df-riota 6052  df-ov 6094  df-oprab 6095  df-mpt2 6096  df-om 6477  df-1st 6577  df-2nd 6578  df-recs 6832  df-rdg 6866  df-1o 6920  df-2o 6921  df-oadd 6924  df-er 7101  df-en 7311  df-dom 7312  df-sdom 7313  df-fin 7314  df-sup 7691  df-pnf 9420  df-mnf 9421  df-xr 9422  df-ltxr 9423  df-le 9424  df-sub 9597  df-neg 9598  df-div 9994  df-nn 10323  df-2 10380  df-3 10381  df-n0 10580  df-z 10647  df-uz 10862  df-rp 10992  df-fz 11438  df-fl 11642  df-mod 11709  df-seq 11807  df-exp 11866  df-cj 12588  df-re 12589  df-im 12590  df-sqr 12724  df-abs 12725  df-dvds 13536  df-gcd 13691  df-prm 13764  df-gz 13991
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