MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  lgsquad Unicode version

Theorem lgsquad 21094
Description: The Law of Quadratic Reciprocity. If  P and  Q are distinct odd primes, then the product of the Legendre symbols  ( P  / L Q ) and  ( Q  / L P ) is the parity of  ( ( P  -  1 )  /  2 )  x.  ( ( Q  - 
1 )  /  2
). This uses Eisenstein's proof, which also has a nice geometric interpretation - see https://en.wikipedia.org/wiki/Proofs_of_quadratic_reciprocity. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)
Assertion
Ref Expression
lgsquad  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  Q  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  P  =/=  Q )  ->  (
( P  / L Q )  x.  ( Q  / L P ) )  =  ( -u
1 ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  x.  ( ( Q  -  1 )  / 
2 ) ) ) )

Proof of Theorem lgsquad
Dummy variables  x  w  y  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simp1 957 . 2  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  Q  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  P  =/=  Q )  ->  P  e.  ( Prime  \  { 2 } ) )
2 simp2 958 . 2  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  Q  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  P  =/=  Q )  ->  Q  e.  ( Prime  \  { 2 } ) )
3 simp3 959 . 2  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  Q  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  P  =/=  Q )  ->  P  =/=  Q )
4 eqid 2404 . 2  |-  ( ( P  -  1 )  /  2 )  =  ( ( P  - 
1 )  /  2
)
5 eqid 2404 . 2  |-  ( ( Q  -  1 )  /  2 )  =  ( ( Q  - 
1 )  /  2
)
6 eleq1 2464 . . . . 5  |-  ( x  =  z  ->  (
x  e.  ( 1 ... ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  <->  z  e.  ( 1 ... (
( P  -  1 )  /  2 ) ) ) )
7 eleq1 2464 . . . . 5  |-  ( y  =  w  ->  (
y  e.  ( 1 ... ( ( Q  -  1 )  / 
2 ) )  <->  w  e.  ( 1 ... (
( Q  -  1 )  /  2 ) ) ) )
86, 7bi2anan9 844 . . . 4  |-  ( ( x  =  z  /\  y  =  w )  ->  ( ( x  e.  ( 1 ... (
( P  -  1 )  /  2 ) )  /\  y  e.  ( 1 ... (
( Q  -  1 )  /  2 ) ) )  <->  ( z  e.  ( 1 ... (
( P  -  1 )  /  2 ) )  /\  w  e.  ( 1 ... (
( Q  -  1 )  /  2 ) ) ) ) )
9 oveq1 6047 . . . . 5  |-  ( y  =  w  ->  (
y  x.  P )  =  ( w  x.  P ) )
10 oveq1 6047 . . . . 5  |-  ( x  =  z  ->  (
x  x.  Q )  =  ( z  x.  Q ) )
119, 10breqan12rd 4188 . . . 4  |-  ( ( x  =  z  /\  y  =  w )  ->  ( ( y  x.  P )  <  (
x  x.  Q )  <-> 
( w  x.  P
)  <  ( z  x.  Q ) ) )
128, 11anbi12d 692 . . 3  |-  ( ( x  =  z  /\  y  =  w )  ->  ( ( ( x  e.  ( 1 ... ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  /\  y  e.  ( 1 ... (
( Q  -  1 )  /  2 ) ) )  /\  (
y  x.  P )  <  ( x  x.  Q ) )  <->  ( (
z  e.  ( 1 ... ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  /\  w  e.  ( 1 ... ( ( Q  -  1 )  / 
2 ) ) )  /\  ( w  x.  P )  <  (
z  x.  Q ) ) ) )
1312cbvopabv 4237 . 2  |-  { <. x ,  y >.  |  ( ( x  e.  ( 1 ... ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  /\  y  e.  ( 1 ... ( ( Q  -  1 )  /  2 ) ) )  /\  ( y  x.  P )  < 
( x  x.  Q
) ) }  =  { <. z ,  w >.  |  ( ( z  e.  ( 1 ... ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  /\  w  e.  ( 1 ... (
( Q  -  1 )  /  2 ) ) )  /\  (
w  x.  P )  <  ( z  x.  Q ) ) }
141, 2, 3, 4, 5, 13lgsquadlem3 21093 1  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  Q  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  P  =/=  Q )  ->  (
( P  / L Q )  x.  ( Q  / L P ) )  =  ( -u
1 ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  x.  ( ( Q  -  1 )  / 
2 ) ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    /\ w3a 936    = wceq 1649    e. wcel 1721    =/= wne 2567    \ cdif 3277   {csn 3774   class class class wbr 4172   {copab 4225  (class class class)co 6040   1c1 8947    x. cmul 8951    < clt 9076    - cmin 9247   -ucneg 9248    / cdiv 9633   2c2 10005   ...cfz 10999   ^cexp 11337   Primecprime 13034    / Lclgs 21031
This theorem is referenced by:  lgsquad2  21097
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2385  ax-rep 4280  ax-sep 4290  ax-nul 4298  ax-pow 4337  ax-pr 4363  ax-un 4660  ax-inf2 7552  ax-cnex 9002  ax-resscn 9003  ax-1cn 9004  ax-icn 9005  ax-addcl 9006  ax-addrcl 9007  ax-mulcl 9008  ax-mulrcl 9009  ax-mulcom 9010  ax-addass 9011  ax-mulass 9012  ax-distr 9013  ax-i2m1 9014  ax-1ne0 9015  ax-1rid 9016  ax-rnegex 9017  ax-rrecex 9018  ax-cnre 9019  ax-pre-lttri 9020  ax-pre-lttrn 9021  ax-pre-ltadd 9022  ax-pre-mulgt0 9023  ax-pre-sup 9024  ax-addf 9025  ax-mulf 9026
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2258  df-mo 2259  df-clab 2391  df-cleq 2397  df-clel 2400  df-nfc 2529  df-ne 2569  df-nel 2570  df-ral 2671  df-rex 2672  df-reu 2673  df-rmo 2674  df-rab 2675  df-v 2918  df-sbc 3122  df-csb 3212  df-dif 3283  df-un 3285  df-in 3287  df-ss 3294  df-pss 3296  df-nul 3589  df-if 3700  df-pw 3761  df-sn 3780  df-pr 3781  df-tp 3782  df-op 3783  df-uni 3976  df-int 4011  df-iun 4055  df-disj 4143  df-br 4173  df-opab 4227  df-mpt 4228  df-tr 4263  df-eprel 4454  df-id 4458  df-po 4463  df-so 4464  df-fr 4501  df-se 4502  df-we 4503  df-ord 4544  df-on 4545  df-lim 4546  df-suc 4547  df-om 4805  df-xp 4843  df-rel 4844  df-cnv 4845  df-co 4846  df-dm 4847  df-rn 4848  df-res 4849  df-ima 4850  df-iota 5377  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-isom 5422  df-ov 6043  df-oprab 6044  df-mpt2 6045  df-of 6264  df-1st 6308  df-2nd 6309  df-tpos 6438  df-riota 6508  df-recs 6592  df-rdg 6627  df-1o 6683  df-2o 6684  df-oadd 6687  df-er 6864  df-ec 6866  df-qs 6870  df-map 6979  df-en 7069  df-dom 7070  df-sdom 7071  df-fin 7072  df-sup 7404  df-oi 7435  df-card 7782  df-cda 8004  df-pnf 9078  df-mnf 9079  df-xr 9080  df-ltxr 9081  df-le 9082  df-sub 9249  df-neg 9250  df-div 9634  df-nn 9957  df-2 10014  df-3 10015  df-4 10016  df-5 10017  df-6 10018  df-7 10019  df-8 10020  df-9 10021  df-10 10022  df-n0 10178  df-z 10239  df-dec 10339  df-uz 10445  df-q 10531  df-rp 10569  df-fz 11000  df-fzo 11091  df-fl 11157  df-mod 11206  df-seq 11279  df-exp 11338  df-hash 11574  df-cj 11859  df-re 11860  df-im 11861  df-sqr 11995  df-abs 11996  df-clim 12237  df-sum 12435  df-dvds 12808  df-gcd 12962  df-prm 13035  df-phi 13110  df-pc 13166  df-struct 13426  df-ndx 13427  df-slot 13428  df-base 13429  df-sets 13430  df-ress 13431  df-plusg 13497  df-mulr 13498  df-starv 13499  df-sca 13500  df-vsca 13501  df-tset 13503  df-ple 13504  df-ds 13506  df-unif 13507  df-0g 13682  df-gsum 13683  df-imas 13689  df-divs 13690  df-mnd 14645  df-mhm 14693  df-submnd 14694  df-grp 14767  df-minusg 14768  df-sbg 14769  df-mulg 14770  df-subg 14896  df-nsg 14897  df-eqg 14898  df-ghm 14959  df-cntz 15071  df-cmn 15369  df-abl 15370  df-mgp 15604  df-rng 15618  df-cring 15619  df-ur 15620  df-oppr 15683  df-dvdsr 15701  df-unit 15702  df-invr 15732  df-dvr 15743  df-rnghom 15774  df-drng 15792  df-field 15793  df-subrg 15821  df-lmod 15907  df-lss 15964  df-lsp 16003  df-sra 16199  df-rgmod 16200  df-lidl 16201  df-rsp 16202  df-2idl 16258  df-nzr 16284  df-rlreg 16298  df-domn 16299  df-idom 16300  df-cnfld 16659  df-zrh 16737  df-zn 16740  df-lgs 21032
  Copyright terms: Public domain W3C validator