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Theorem 2sqlem8

Description: Lemma for 2sq . (Contributed by Mario Carneiro, 20-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses 2sq.1 S=ranwiw2
2sqlem7.2 Y=z|xyxgcdy=1z=x2+y2
2sqlem9.5 φb1M1aYbabS
2sqlem9.7 φMN
2sqlem8.n φN
2sqlem8.m φM2
2sqlem8.1 φA
2sqlem8.2 φB
2sqlem8.3 φAgcdB=1
2sqlem8.4 φN=A2+B2
2sqlem8.c C=A+M2modMM2
2sqlem8.d D=B+M2modMM2
2sqlem8.e E=CCgcdD
2sqlem8.f F=DCgcdD
Assertion 2sqlem8 φMS

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2sq.1 S=ranwiw2
2 2sqlem7.2 Y=z|xyxgcdy=1z=x2+y2
3 2sqlem9.5 φb1M1aYbabS
4 2sqlem9.7 φMN
5 2sqlem8.n φN
6 2sqlem8.m φM2
7 2sqlem8.1 φA
8 2sqlem8.2 φB
9 2sqlem8.3 φAgcdB=1
10 2sqlem8.4 φN=A2+B2
11 2sqlem8.c C=A+M2modMM2
12 2sqlem8.d D=B+M2modMM2
13 2sqlem8.e E=CCgcdD
14 2sqlem8.f F=DCgcdD
15 eluz2b3 M2MM1
16 6 15 sylib φMM1
17 16 simpld φM
18 eluzelz M2M
19 6 18 syl φM
20 5 nnzd φN
21 7 17 11 4sqlem5 φCACM
22 21 simpld φC
23 zsqcl CC2
24 22 23 syl φC2
25 8 17 12 4sqlem5 φDBDM
26 25 simpld φD
27 zsqcl DD2
28 26 27 syl φD2
29 24 28 zaddcld φC2+D2
30 zsqcl AA2
31 7 30 syl φA2
32 31 24 zsubcld φA2C2
33 zsqcl BB2
34 8 33 syl φB2
35 34 28 zsubcld φB2D2
36 7 17 11 4sqlem8 φMA2C2
37 8 17 12 4sqlem8 φMB2D2
38 19 32 35 36 37 dvds2addd φMA2C2+B2-D2
39 10 oveq1d φNC2+D2=A2+B2-C2+D2
40 31 zcnd φA2
41 34 zcnd φB2
42 24 zcnd φC2
43 28 zcnd φD2
44 40 41 42 43 addsub4d φA2+B2-C2+D2=A2C2+B2-D2
45 39 44 eqtrd φNC2+D2=A2C2+B2-D2
46 38 45 breqtrrd φMNC2+D2
47 dvdssub2 MNC2+D2MNC2+D2MNMC2+D2
48 19 20 29 46 47 syl31anc φMNMC2+D2
49 4 48 mpbid φMC2+D2
50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2sqlem8a φCgcdD
51 50 nnzd φCgcdD
52 zsqcl2 CgcdDCgcdD20
53 51 52 syl φCgcdD20
54 53 nn0cnd φCgcdD2
55 gcddvds CDCgcdDCCgcdDD
56 22 26 55 syl2anc φCgcdDCCgcdDD
57 56 simpld φCgcdDC
58 50 nnne0d φCgcdD0
59 dvdsval2 CgcdDCgcdD0CCgcdDCCCgcdD
60 51 58 22 59 syl3anc φCgcdDCCCgcdD
61 57 60 mpbid φCCgcdD
62 13 61 eqeltrid φE
63 zsqcl2 EE20
64 62 63 syl φE20
65 64 nn0cnd φE2
66 56 simprd φCgcdDD
67 dvdsval2 CgcdDCgcdD0DCgcdDDDCgcdD
68 51 58 26 67 syl3anc φCgcdDDDCgcdD
69 66 68 mpbid φDCgcdD
70 14 69 eqeltrid φF
71 zsqcl2 FF20
72 70 71 syl φF20
73 72 nn0cnd φF2
74 54 65 73 adddid φCgcdD2E2+F2=CgcdD2E2+CgcdD2F2
75 51 zcnd φCgcdD
76 62 zcnd φE
77 75 76 sqmuld φCgcdDE2=CgcdD2E2
78 13 oveq2i CgcdDE=CgcdDCCgcdD
79 22 zcnd φC
80 79 75 58 divcan2d φCgcdDCCgcdD=C
81 78 80 eqtrid φCgcdDE=C
82 81 oveq1d φCgcdDE2=C2
83 77 82 eqtr3d φCgcdD2E2=C2
84 70 zcnd φF
85 75 84 sqmuld φCgcdDF2=CgcdD2F2
86 14 oveq2i CgcdDF=CgcdDDCgcdD
87 26 zcnd φD
88 87 75 58 divcan2d φCgcdDDCgcdD=D
89 86 88 eqtrid φCgcdDF=D
90 89 oveq1d φCgcdDF2=D2
91 85 90 eqtr3d φCgcdD2F2=D2
92 83 91 oveq12d φCgcdD2E2+CgcdD2F2=C2+D2
93 74 92 eqtrd φCgcdD2E2+F2=C2+D2
94 49 93 breqtrrd φMCgcdD2E2+F2
95 zsqcl CgcdDCgcdD2
96 51 95 syl φCgcdD2
97 19 96 gcdcomd φMgcdCgcdD2=CgcdD2gcdM
98 51 19 gcdcld φCgcdDgcdM0
99 98 nn0zd φCgcdDgcdM
100 gcddvds CgcdDMCgcdDgcdMCgcdDCgcdDgcdMM
101 51 19 100 syl2anc φCgcdDgcdMCgcdDCgcdDgcdMM
102 101 simpld φCgcdDgcdMCgcdD
103 99 51 22 102 57 dvdstrd φCgcdDgcdMC
104 7 22 zsubcld φAC
105 101 simprd φCgcdDgcdMM
106 21 simprd φACM
107 17 nnne0d φM0
108 dvdsval2 MM0ACMACACM
109 19 107 104 108 syl3anc φMACACM
110 106 109 mpbird φMAC
111 99 19 104 105 110 dvdstrd φCgcdDgcdMAC
112 dvdssub2 CgcdDgcdMACCgcdDgcdMACCgcdDgcdMACgcdDgcdMC
113 99 7 22 111 112 syl31anc φCgcdDgcdMACgcdDgcdMC
114 103 113 mpbird φCgcdDgcdMA
115 99 51 26 102 66 dvdstrd φCgcdDgcdMD
116 8 26 zsubcld φBD
117 25 simprd φBDM
118 dvdsval2 MM0BDMBDBDM
119 19 107 116 118 syl3anc φMBDBDM
120 117 119 mpbird φMBD
121 99 19 116 105 120 dvdstrd φCgcdDgcdMBD
122 dvdssub2 CgcdDgcdMBDCgcdDgcdMBDCgcdDgcdMBCgcdDgcdMD
123 99 8 26 121 122 syl31anc φCgcdDgcdMBCgcdDgcdMD
124 115 123 mpbird φCgcdDgcdMB
125 ax-1ne0 10
126 125 a1i φ10
127 9 126 eqnetrd φAgcdB0
128 127 neneqd φ¬AgcdB=0
129 gcdeq0 ABAgcdB=0A=0B=0
130 7 8 129 syl2anc φAgcdB=0A=0B=0
131 128 130 mtbid φ¬A=0B=0
132 dvdslegcd CgcdDgcdMAB¬A=0B=0CgcdDgcdMACgcdDgcdMBCgcdDgcdMAgcdB
133 99 7 8 131 132 syl31anc φCgcdDgcdMACgcdDgcdMBCgcdDgcdMAgcdB
134 114 124 133 mp2and φCgcdDgcdMAgcdB
135 134 9 breqtrd φCgcdDgcdM1
136 simpr CgcdD=0M=0M=0
137 136 necon3ai M0¬CgcdD=0M=0
138 107 137 syl φ¬CgcdD=0M=0
139 gcdn0cl CgcdDM¬CgcdD=0M=0CgcdDgcdM
140 51 19 138 139 syl21anc φCgcdDgcdM
141 nnle1eq1 CgcdDgcdMCgcdDgcdM1CgcdDgcdM=1
142 140 141 syl φCgcdDgcdM1CgcdDgcdM=1
143 135 142 mpbid φCgcdDgcdM=1
144 2nn 2
145 144 a1i φ2
146 rplpwr CgcdDM2CgcdDgcdM=1CgcdD2gcdM=1
147 50 17 145 146 syl3anc φCgcdDgcdM=1CgcdD2gcdM=1
148 143 147 mpd φCgcdD2gcdM=1
149 97 148 eqtrd φMgcdCgcdD2=1
150 64 72 nn0addcld φE2+F20
151 150 nn0zd φE2+F2
152 coprmdvds MCgcdD2E2+F2MCgcdD2E2+F2MgcdCgcdD2=1ME2+F2
153 19 96 151 152 syl3anc φMCgcdD2E2+F2MgcdCgcdD2=1ME2+F2
154 94 149 153 mp2and φME2+F2
155 dvdsval2 MM0E2+F2ME2+F2E2+F2M
156 19 107 151 155 syl3anc φME2+F2E2+F2M
157 154 156 mpbid φE2+F2M
158 64 nn0red φE2
159 72 nn0red φF2
160 158 159 readdcld φE2+F2
161 17 nnred φM
162 1 2 2sqlem7 YS
163 inss2 S
164 162 163 sstri Y
165 62 70 gcdcld φEgcdF0
166 165 nn0cnd φEgcdF
167 1cnd φ1
168 75 mulid1d φCgcdD1=CgcdD
169 81 89 oveq12d φCgcdDEgcdCgcdDF=CgcdD
170 22 26 gcdcld φCgcdD0
171 mulgcd CgcdD0EFCgcdDEgcdCgcdDF=CgcdDEgcdF
172 170 62 70 171 syl3anc φCgcdDEgcdCgcdDF=CgcdDEgcdF
173 168 169 172 3eqtr2rd φCgcdDEgcdF=CgcdD1
174 166 167 75 58 173 mulcanad φEgcdF=1
175 eqidd φE2+F2=E2+F2
176 oveq1 x=Exgcdy=Egcdy
177 176 eqeq1d x=Exgcdy=1Egcdy=1
178 oveq1 x=Ex2=E2
179 178 oveq1d x=Ex2+y2=E2+y2
180 179 eqeq2d x=EE2+F2=x2+y2E2+F2=E2+y2
181 177 180 anbi12d x=Exgcdy=1E2+F2=x2+y2Egcdy=1E2+F2=E2+y2
182 oveq2 y=FEgcdy=EgcdF
183 182 eqeq1d y=FEgcdy=1EgcdF=1
184 oveq1 y=Fy2=F2
185 184 oveq2d y=FE2+y2=E2+F2
186 185 eqeq2d y=FE2+F2=E2+y2E2+F2=E2+F2
187 183 186 anbi12d y=FEgcdy=1E2+F2=E2+y2EgcdF=1E2+F2=E2+F2
188 181 187 rspc2ev EFEgcdF=1E2+F2=E2+F2xyxgcdy=1E2+F2=x2+y2
189 62 70 174 175 188 syl112anc φxyxgcdy=1E2+F2=x2+y2
190 ovex E2+F2V
191 eqeq1 z=E2+F2z=x2+y2E2+F2=x2+y2
192 191 anbi2d z=E2+F2xgcdy=1z=x2+y2xgcdy=1E2+F2=x2+y2
193 192 2rexbidv z=E2+F2xyxgcdy=1z=x2+y2xyxgcdy=1E2+F2=x2+y2
194 190 193 2 elab2 E2+F2Yxyxgcdy=1E2+F2=x2+y2
195 189 194 sylibr φE2+F2Y
196 164 195 sselid φE2+F2
197 196 nngt0d φ0<E2+F2
198 17 nngt0d φ0<M
199 160 161 197 198 divgt0d φ0<E2+F2M
200 elnnz E2+F2ME2+F2M0<E2+F2M
201 157 199 200 sylanbrc φE2+F2M
202 prmnn pp
203 202 ad2antrl φppE2+F2Mp
204 203 nnred φppE2+F2Mp
205 157 adantr φppE2+F2ME2+F2M
206 205 zred φppE2+F2ME2+F2M
207 peano2zm MM1
208 19 207 syl φM1
209 208 zred φM1
210 209 adantr φppE2+F2MM1
211 simprr φppE2+F2MpE2+F2M
212 prmz pp
213 212 ad2antrl φppE2+F2Mp
214 201 adantr φppE2+F2ME2+F2M
215 dvdsle pE2+F2MpE2+F2MpE2+F2M
216 213 214 215 syl2anc φppE2+F2MpE2+F2MpE2+F2M
217 211 216 mpd φppE2+F2MpE2+F2M
218 zsqcl MM2
219 19 218 syl φM2
220 219 zred φM2
221 220 rehalfcld φM22
222 24 zred φC2
223 28 zred φD2
224 222 223 readdcld φC2+D2
225 1red φ1
226 50 nnsqcld φCgcdD2
227 226 nnred φCgcdD2
228 150 nn0ge0d φ0E2+F2
229 226 nnge1d φ1CgcdD2
230 225 227 160 228 229 lemul1ad φ1E2+F2CgcdD2E2+F2
231 150 nn0cnd φE2+F2
232 231 mulid2d φ1E2+F2=E2+F2
233 230 232 93 3brtr3d φE2+F2C2+D2
234 221 rehalfcld φM222
235 7 17 11 4sqlem7 φC2M222
236 8 17 12 4sqlem7 φD2M222
237 222 223 234 234 235 236 le2addd φC2+D2M222+M222
238 221 recnd φM22
239 238 2halvesd φM222+M222=M22
240 237 239 breqtrd φC2+D2M22
241 160 224 221 233 240 letrd φE2+F2M22
242 17 nnsqcld φM2
243 242 nnrpd φM2+
244 rphalflt M2+M22<M2
245 243 244 syl φM22<M2
246 160 221 220 241 245 lelttrd φE2+F2<M2
247 19 zcnd φM
248 247 sqvald φM2= M M
249 246 248 breqtrd φE2+F2< M M
250 ltdivmul E2+F2MM0<ME2+F2M<ME2+F2< M M
251 160 161 161 198 250 syl112anc φE2+F2M<ME2+F2< M M
252 249 251 mpbird φE2+F2M<M
253 zltlem1 E2+F2MME2+F2M<ME2+F2MM1
254 157 19 253 syl2anc φE2+F2M<ME2+F2MM1
255 252 254 mpbid φE2+F2MM1
256 255 adantr φppE2+F2ME2+F2MM1
257 204 206 210 217 256 letrd φppE2+F2MpM1
258 208 adantr φppE2+F2MM1
259 fznn M1p1M1ppM1
260 258 259 syl φppE2+F2Mp1M1ppM1
261 203 257 260 mpbir2and φppE2+F2Mp1M1
262 195 adantr φppE2+F2ME2+F2Y
263 261 262 jca φppE2+F2Mp1M1E2+F2Y
264 3 adantr φppE2+F2Mb1M1aYbabS
265 151 adantr φppE2+F2ME2+F2
266 dvdsmul2 ME2+F2ME2+F2MME2+F2M
267 19 157 266 syl2anc φE2+F2MME2+F2M
268 231 247 107 divcan2d φME2+F2M=E2+F2
269 267 268 breqtrd φE2+F2ME2+F2
270 269 adantr φppE2+F2ME2+F2ME2+F2
271 213 205 265 211 270 dvdstrd φppE2+F2MpE2+F2
272 breq1 b=pbapa
273 eleq1w b=pbSpS
274 272 273 imbi12d b=pbabSpapS
275 breq2 a=E2+F2papE2+F2
276 275 imbi1d a=E2+F2papSpE2+F2pS
277 274 276 rspc2v p1M1E2+F2Yb1M1aYbabSpE2+F2pS
278 263 264 271 277 syl3c φppE2+F2MpS
279 278 expr φppE2+F2MpS
280 279 ralrimiva φppE2+F2MpS
281 inss1 SS
282 162 281 sstri YS
283 282 195 sselid φE2+F2S
284 268 283 eqeltrd φME2+F2MS
285 1 17 201 280 284 2sqlem6 φMS