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BASIC REAL AND COMPLEX FUNCTIONS
Basic number theory
All primes 4n+1 are the sum of two squares
2sqblem
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2sqb
Metamath Proof Explorer
Ascii
Unicode
Theorem
2sqblem
Description:
Lemma for
2sqb
.
(Contributed by
Mario Carneiro
, 20-Jun-2015)
Ref
Expression
Hypotheses
2sqb.1
⊢
φ
→
P
∈
ℙ
∧
P
≠
2
2sqb.2
⊢
φ
→
X
∈
ℤ
∧
Y
∈
ℤ
2sqb.3
⊢
φ
→
P
=
X
2
+
Y
2
2sqb.4
⊢
φ
→
A
∈
ℤ
2sqb.5
⊢
φ
→
B
∈
ℤ
2sqb.6
⊢
φ
→
P
gcd
Y
=
P
A
+
Y
B
Assertion
2sqblem
⊢
φ
→
P
mod
4
=
1
Proof
Step
Hyp
Ref
Expression
1
2sqb.1
⊢
φ
→
P
∈
ℙ
∧
P
≠
2
2
2sqb.2
⊢
φ
→
X
∈
ℤ
∧
Y
∈
ℤ
3
2sqb.3
⊢
φ
→
P
=
X
2
+
Y
2
4
2sqb.4
⊢
φ
→
A
∈
ℤ
5
2sqb.5
⊢
φ
→
B
∈
ℤ
6
2sqb.6
⊢
φ
→
P
gcd
Y
=
P
A
+
Y
B
7
1
simpld
⊢
φ
→
P
∈
ℙ
8
nprmdvds1
⊢
P
∈
ℙ
→
¬
P
∥
1
9
7
8
syl
⊢
φ
→
¬
P
∥
1
10
prmz
⊢
P
∈
ℙ
→
P
∈
ℤ
11
7
10
syl
⊢
φ
→
P
∈
ℤ
12
1z
⊢
1
∈
ℤ
13
dvdsnegb
⊢
P
∈
ℤ
∧
1
∈
ℤ
→
P
∥
1
↔
P
∥
-1
14
11
12
13
sylancl
⊢
φ
→
P
∥
1
↔
P
∥
-1
15
9
14
mtbid
⊢
φ
→
¬
P
∥
-1
16
2
simpld
⊢
φ
→
X
∈
ℤ
17
16
5
zmulcld
⊢
φ
→
X
B
∈
ℤ
18
zsqcl
⊢
B
∈
ℤ
→
B
2
∈
ℤ
19
5
18
syl
⊢
φ
→
B
2
∈
ℤ
20
dvdsmul1
⊢
P
∈
ℤ
∧
B
2
∈
ℤ
→
P
∥
P
B
2
21
11
19
20
syl2anc
⊢
φ
→
P
∥
P
B
2
22
2
simprd
⊢
φ
→
Y
∈
ℤ
23
22
5
zmulcld
⊢
φ
→
Y
B
∈
ℤ
24
zsqcl
⊢
Y
B
∈
ℤ
→
Y
B
2
∈
ℤ
25
23
24
syl
⊢
φ
→
Y
B
2
∈
ℤ
26
peano2zm
⊢
Y
B
2
∈
ℤ
→
Y
B
2
−
1
∈
ℤ
27
25
26
syl
⊢
φ
→
Y
B
2
−
1
∈
ℤ
28
27
zcnd
⊢
φ
→
Y
B
2
−
1
∈
ℂ
29
zsqcl
⊢
X
B
∈
ℤ
→
X
B
2
∈
ℤ
30
17
29
syl
⊢
φ
→
X
B
2
∈
ℤ
31
30
peano2zd
⊢
φ
→
X
B
2
+
1
∈
ℤ
32
31
zcnd
⊢
φ
→
X
B
2
+
1
∈
ℂ
33
28
32
addcomd
⊢
φ
→
Y
B
2
−
1
+
X
B
2
+
1
=
X
B
2
+
1
+
Y
B
2
−
1
34
30
zcnd
⊢
φ
→
X
B
2
∈
ℂ
35
ax-1cn
⊢
1
∈
ℂ
36
35
a1i
⊢
φ
→
1
∈
ℂ
37
25
zcnd
⊢
φ
→
Y
B
2
∈
ℂ
38
34
36
37
ppncand
⊢
φ
→
X
B
2
+
1
+
Y
B
2
−
1
=
X
B
2
+
Y
B
2
39
zsqcl
⊢
X
∈
ℤ
→
X
2
∈
ℤ
40
16
39
syl
⊢
φ
→
X
2
∈
ℤ
41
40
zcnd
⊢
φ
→
X
2
∈
ℂ
42
zsqcl
⊢
Y
∈
ℤ
→
Y
2
∈
ℤ
43
22
42
syl
⊢
φ
→
Y
2
∈
ℤ
44
43
zcnd
⊢
φ
→
Y
2
∈
ℂ
45
19
zcnd
⊢
φ
→
B
2
∈
ℂ
46
41
44
45
adddird
⊢
φ
→
X
2
+
Y
2
B
2
=
X
2
B
2
+
Y
2
B
2
47
3
oveq1d
⊢
φ
→
P
B
2
=
X
2
+
Y
2
B
2
48
16
zcnd
⊢
φ
→
X
∈
ℂ
49
5
zcnd
⊢
φ
→
B
∈
ℂ
50
48
49
sqmuld
⊢
φ
→
X
B
2
=
X
2
B
2
51
22
zcnd
⊢
φ
→
Y
∈
ℂ
52
51
49
sqmuld
⊢
φ
→
Y
B
2
=
Y
2
B
2
53
50
52
oveq12d
⊢
φ
→
X
B
2
+
Y
B
2
=
X
2
B
2
+
Y
2
B
2
54
46
47
53
3eqtr4rd
⊢
φ
→
X
B
2
+
Y
B
2
=
P
B
2
55
33
38
54
3eqtrd
⊢
φ
→
Y
B
2
−
1
+
X
B
2
+
1
=
P
B
2
56
21
55
breqtrrd
⊢
φ
→
P
∥
Y
B
2
−
1
+
X
B
2
+
1
57
dvdsmul1
⊢
P
∈
ℤ
∧
A
∈
ℤ
→
P
∥
P
A
58
11
4
57
syl2anc
⊢
φ
→
P
∥
P
A
59
11
4
zmulcld
⊢
φ
→
P
A
∈
ℤ
60
dvdsnegb
⊢
P
∈
ℤ
∧
P
A
∈
ℤ
→
P
∥
P
A
↔
P
∥
−
P
A
61
11
59
60
syl2anc
⊢
φ
→
P
∥
P
A
↔
P
∥
−
P
A
62
58
61
mpbid
⊢
φ
→
P
∥
−
P
A
63
23
zcnd
⊢
φ
→
Y
B
∈
ℂ
64
negsubdi2
⊢
1
∈
ℂ
∧
Y
B
∈
ℂ
→
−
1
−
Y
B
=
Y
B
−
1
65
35
63
64
sylancr
⊢
φ
→
−
1
−
Y
B
=
Y
B
−
1
66
59
zcnd
⊢
φ
→
P
A
∈
ℂ
67
22
zred
⊢
φ
→
Y
∈
ℝ
68
absresq
⊢
Y
∈
ℝ
→
Y
2
=
Y
2
69
67
68
syl
⊢
φ
→
Y
2
=
Y
2
70
67
resqcld
⊢
φ
→
Y
2
∈
ℝ
71
prmnn
⊢
P
∈
ℙ
→
P
∈
ℕ
72
7
71
syl
⊢
φ
→
P
∈
ℕ
73
72
nnred
⊢
φ
→
P
∈
ℝ
74
73
resqcld
⊢
φ
→
P
2
∈
ℝ
75
zsqcl2
⊢
X
∈
ℤ
→
X
2
∈
ℕ
0
76
16
75
syl
⊢
φ
→
X
2
∈
ℕ
0
77
nn0addge2
⊢
Y
2
∈
ℝ
∧
X
2
∈
ℕ
0
→
Y
2
≤
X
2
+
Y
2
78
70
76
77
syl2anc
⊢
φ
→
Y
2
≤
X
2
+
Y
2
79
78
3
breqtrrd
⊢
φ
→
Y
2
≤
P
80
11
zcnd
⊢
φ
→
P
∈
ℂ
81
80
exp1d
⊢
φ
→
P
1
=
P
82
12
a1i
⊢
φ
→
1
∈
ℤ
83
2z
⊢
2
∈
ℤ
84
83
a1i
⊢
φ
→
2
∈
ℤ
85
prmuz2
⊢
P
∈
ℙ
→
P
∈
ℤ
≥
2
86
7
85
syl
⊢
φ
→
P
∈
ℤ
≥
2
87
eluz2gt1
⊢
P
∈
ℤ
≥
2
→
1
<
P
88
86
87
syl
⊢
φ
→
1
<
P
89
1lt2
⊢
1
<
2
90
89
a1i
⊢
φ
→
1
<
2
91
ltexp2a
⊢
P
∈
ℝ
∧
1
∈
ℤ
∧
2
∈
ℤ
∧
1
<
P
∧
1
<
2
→
P
1
<
P
2
92
73
82
84
88
90
91
syl32anc
⊢
φ
→
P
1
<
P
2
93
81
92
eqbrtrrd
⊢
φ
→
P
<
P
2
94
70
73
74
79
93
lelttrd
⊢
φ
→
Y
2
<
P
2
95
69
94
eqbrtrd
⊢
φ
→
Y
2
<
P
2
96
51
abscld
⊢
φ
→
Y
∈
ℝ
97
51
absge0d
⊢
φ
→
0
≤
Y
98
72
nnnn0d
⊢
φ
→
P
∈
ℕ
0
99
98
nn0ge0d
⊢
φ
→
0
≤
P
100
96
73
97
99
lt2sqd
⊢
φ
→
Y
<
P
↔
Y
2
<
P
2
101
95
100
mpbird
⊢
φ
→
Y
<
P
102
11
zred
⊢
φ
→
P
∈
ℝ
103
96
102
ltnled
⊢
φ
→
Y
<
P
↔
¬
P
≤
Y
104
101
103
mpbid
⊢
φ
→
¬
P
≤
Y
105
sqnprm
⊢
X
∈
ℤ
→
¬
X
2
∈
ℙ
106
16
105
syl
⊢
φ
→
¬
X
2
∈
ℙ
107
51
abs00ad
⊢
φ
→
Y
=
0
↔
Y
=
0
108
3
7
eqeltrrd
⊢
φ
→
X
2
+
Y
2
∈
ℙ
109
sq0i
⊢
Y
=
0
→
Y
2
=
0
110
109
oveq2d
⊢
Y
=
0
→
X
2
+
Y
2
=
X
2
+
0
111
110
eleq1d
⊢
Y
=
0
→
X
2
+
Y
2
∈
ℙ
↔
X
2
+
0
∈
ℙ
112
108
111
syl5ibcom
⊢
φ
→
Y
=
0
→
X
2
+
0
∈
ℙ
113
41
addridd
⊢
φ
→
X
2
+
0
=
X
2
114
113
eleq1d
⊢
φ
→
X
2
+
0
∈
ℙ
↔
X
2
∈
ℙ
115
112
114
sylibd
⊢
φ
→
Y
=
0
→
X
2
∈
ℙ
116
107
115
sylbid
⊢
φ
→
Y
=
0
→
X
2
∈
ℙ
117
106
116
mtod
⊢
φ
→
¬
Y
=
0
118
nn0abscl
⊢
Y
∈
ℤ
→
Y
∈
ℕ
0
119
22
118
syl
⊢
φ
→
Y
∈
ℕ
0
120
elnn0
⊢
Y
∈
ℕ
0
↔
Y
∈
ℕ
∨
Y
=
0
121
119
120
sylib
⊢
φ
→
Y
∈
ℕ
∨
Y
=
0
122
121
ord
⊢
φ
→
¬
Y
∈
ℕ
→
Y
=
0
123
117
122
mt3d
⊢
φ
→
Y
∈
ℕ
124
dvdsle
⊢
P
∈
ℤ
∧
Y
∈
ℕ
→
P
∥
Y
→
P
≤
Y
125
11
123
124
syl2anc
⊢
φ
→
P
∥
Y
→
P
≤
Y
126
104
125
mtod
⊢
φ
→
¬
P
∥
Y
127
dvdsabsb
⊢
P
∈
ℤ
∧
Y
∈
ℤ
→
P
∥
Y
↔
P
∥
Y
128
11
22
127
syl2anc
⊢
φ
→
P
∥
Y
↔
P
∥
Y
129
126
128
mtbird
⊢
φ
→
¬
P
∥
Y
130
coprm
⊢
P
∈
ℙ
∧
Y
∈
ℤ
→
¬
P
∥
Y
↔
P
gcd
Y
=
1
131
7
22
130
syl2anc
⊢
φ
→
¬
P
∥
Y
↔
P
gcd
Y
=
1
132
129
131
mpbid
⊢
φ
→
P
gcd
Y
=
1
133
132
6
eqtr3d
⊢
φ
→
1
=
P
A
+
Y
B
134
66
63
133
mvrraddd
⊢
φ
→
1
−
Y
B
=
P
A
135
134
negeqd
⊢
φ
→
−
1
−
Y
B
=
−
P
A
136
65
135
eqtr3d
⊢
φ
→
Y
B
−
1
=
−
P
A
137
62
136
breqtrrd
⊢
φ
→
P
∥
Y
B
−
1
138
23
peano2zd
⊢
φ
→
Y
B
+
1
∈
ℤ
139
peano2zm
⊢
Y
B
∈
ℤ
→
Y
B
−
1
∈
ℤ
140
23
139
syl
⊢
φ
→
Y
B
−
1
∈
ℤ
141
dvdsmultr2
⊢
P
∈
ℤ
∧
Y
B
+
1
∈
ℤ
∧
Y
B
−
1
∈
ℤ
→
P
∥
Y
B
−
1
→
P
∥
Y
B
+
1
Y
B
−
1
142
11
138
140
141
syl3anc
⊢
φ
→
P
∥
Y
B
−
1
→
P
∥
Y
B
+
1
Y
B
−
1
143
137
142
mpd
⊢
φ
→
P
∥
Y
B
+
1
Y
B
−
1
144
sq1
⊢
1
2
=
1
145
144
oveq2i
⊢
Y
B
2
−
1
2
=
Y
B
2
−
1
146
subsq
⊢
Y
B
∈
ℂ
∧
1
∈
ℂ
→
Y
B
2
−
1
2
=
Y
B
+
1
Y
B
−
1
147
63
35
146
sylancl
⊢
φ
→
Y
B
2
−
1
2
=
Y
B
+
1
Y
B
−
1
148
145
147
eqtr3id
⊢
φ
→
Y
B
2
−
1
=
Y
B
+
1
Y
B
−
1
149
143
148
breqtrrd
⊢
φ
→
P
∥
Y
B
2
−
1
150
dvdsadd2b
⊢
P
∈
ℤ
∧
X
B
2
+
1
∈
ℤ
∧
Y
B
2
−
1
∈
ℤ
∧
P
∥
Y
B
2
−
1
→
P
∥
X
B
2
+
1
↔
P
∥
Y
B
2
−
1
+
X
B
2
+
1
151
11
31
27
149
150
syl112anc
⊢
φ
→
P
∥
X
B
2
+
1
↔
P
∥
Y
B
2
−
1
+
X
B
2
+
1
152
56
151
mpbird
⊢
φ
→
P
∥
X
B
2
+
1
153
subneg
⊢
X
B
2
∈
ℂ
∧
1
∈
ℂ
→
X
B
2
−
-1
=
X
B
2
+
1
154
34
35
153
sylancl
⊢
φ
→
X
B
2
−
-1
=
X
B
2
+
1
155
152
154
breqtrrd
⊢
φ
→
P
∥
X
B
2
−
-1
156
oveq1
⊢
x
=
X
B
→
x
2
=
X
B
2
157
156
oveq1d
⊢
x
=
X
B
→
x
2
−
-1
=
X
B
2
−
-1
158
157
breq2d
⊢
x
=
X
B
→
P
∥
x
2
−
-1
↔
P
∥
X
B
2
−
-1
159
158
rspcev
⊢
X
B
∈
ℤ
∧
P
∥
X
B
2
−
-1
→
∃
x
∈
ℤ
P
∥
x
2
−
-1
160
17
155
159
syl2anc
⊢
φ
→
∃
x
∈
ℤ
P
∥
x
2
−
-1
161
neg1z
⊢
−
1
∈
ℤ
162
eldifsn
⊢
P
∈
ℙ
∖
2
↔
P
∈
ℙ
∧
P
≠
2
163
1
162
sylibr
⊢
φ
→
P
∈
ℙ
∖
2
164
lgsqr
⊢
−
1
∈
ℤ
∧
P
∈
ℙ
∖
2
→
-1
/
L
P
=
1
↔
¬
P
∥
-1
∧
∃
x
∈
ℤ
P
∥
x
2
−
-1
165
161
163
164
sylancr
⊢
φ
→
-1
/
L
P
=
1
↔
¬
P
∥
-1
∧
∃
x
∈
ℤ
P
∥
x
2
−
-1
166
15
160
165
mpbir2and
⊢
φ
→
-1
/
L
P
=
1
167
m1lgs
⊢
P
∈
ℙ
∖
2
→
-1
/
L
P
=
1
↔
P
mod
4
=
1
168
163
167
syl
⊢
φ
→
-1
/
L
P
=
1
↔
P
mod
4
=
1
169
166
168
mpbid
⊢
φ
→
P
mod
4
=
1