Metamath Proof Explorer


Theorem lgseisenlem4

Description: Lemma for lgseisen . (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2015) (Proof shortened by AV, 15-Jun-2019)

Ref Expression
Hypotheses lgseisen.1 ⊢ φ → P ∈ ℙ ∖ 2
lgseisen.2 ⊢ φ → Q ∈ ℙ ∖ 2
lgseisen.3 ⊢ φ → P ≠ Q
lgseisen.4 ⊢ R = Q ⁢ 2 ⁢ x mod P
lgseisen.5 ⊢ M = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ − 1 R ⁢ R mod P 2
lgseisen.6 ⊢ S = Q ⁢ 2 ⁢ y mod P
lgseisen.7 ⊢ Y = ℤ/Pℤ
lgseisen.8 ⊢ G = mulGrp Y
lgseisen.9 ⊢ L = ℤRHom ⁡ Y
Assertion lgseisenlem4 ⊢ φ → Q P − 1 2 mod P = − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x mod P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lgseisen.1 ⊢ φ → P ∈ ℙ ∖ 2
2 lgseisen.2 ⊢ φ → Q ∈ ℙ ∖ 2
3 lgseisen.3 ⊢ φ → P ≠ Q
4 lgseisen.4 ⊢ R = Q ⁢ 2 ⁢ x mod P
5 lgseisen.5 ⊢ M = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ − 1 R ⁢ R mod P 2
6 lgseisen.6 ⊢ S = Q ⁢ 2 ⁢ y mod P
7 lgseisen.7 ⊢ Y = ℤ/Pℤ
8 lgseisen.8 ⊢ G = mulGrp Y
9 lgseisen.9 ⊢ L = ℤRHom ⁡ Y
10 zringbas ⊢ ℤ = Base ℤ ring
11 zring0 ⊢ 0 = 0 ℤ ring
12 zringabl ⊢ ℤ ring ∈ Abel
13 ablcmn ⊢ ℤ ring ∈ Abel → ℤ ring ∈ CMnd
14 12 13 mp1i ⊢ φ → ℤ ring ∈ CMnd
15 1 eldifad ⊢ φ → P ∈ ℙ
16 7 znfld ⊢ P ∈ ℙ → Y ∈ Field
17 15 16 syl ⊢ φ → Y ∈ Field
18 isfld ⊢ Y ∈ Field ↔ Y ∈ DivRing ∧ Y ∈ CRing
19 18 simprbi ⊢ Y ∈ Field → Y ∈ CRing
20 17 19 syl ⊢ φ → Y ∈ CRing
21 8 crngmgp ⊢ Y ∈ CRing → G ∈ CMnd
22 20 21 syl ⊢ φ → G ∈ CMnd
23 cmnmnd ⊢ G ∈ CMnd → G ∈ Mnd
24 22 23 syl ⊢ φ → G ∈ Mnd
25 fzfid ⊢ φ → 1 … P − 1 2 ∈ Fin
26 crngring ⊢ Y ∈ CRing → Y ∈ Ring
27 20 26 syl ⊢ φ → Y ∈ Ring
28 9 zrhrhm ⊢ Y ∈ Ring → L ∈ ℤ ring RingHom Y
29 27 28 syl ⊢ φ → L ∈ ℤ ring RingHom Y
30 eqid ⊢ Base Y = Base Y
31 10 30 rhmf ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y → L : ℤ ⟶ Base Y
32 29 31 syl ⊢ φ → L : ℤ ⟶ Base Y
33 m1expcl ⊢ k ∈ ℤ → − 1 k ∈ ℤ
34 33 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ ℤ → − 1 k ∈ ℤ
35 32 34 cofmpt ⊢ φ → L ∘ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k = k ∈ ℤ ⟼ L ⁡ − 1 k
36 zringmpg ⊢ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ = mulGrp ℤ ring
37 36 8 rhmmhm ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y → L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom G
38 29 37 syl ⊢ φ → L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom G
39 neg1cn ⊢ − 1 ∈ ℂ
40 neg1ne0 ⊢ − 1 ≠ 0
41 eqid ⊢ mulGrp ℂ fld = mulGrp ℂ fld
42 eqid ⊢ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0 = mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0
43 41 42 expghm ⊢ − 1 ∈ ℂ ∧ − 1 ≠ 0 → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring GrpHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0
44 39 40 43 mp2an ⊢ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring GrpHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0
45 ghmmhm ⊢ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring GrpHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0 → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0
46 44 45 ax-mp ⊢ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0
47 cnring ⊢ ℂ fld ∈ Ring
48 cnfldbas ⊢ ℂ = Base ℂ fld
49 cnfld0 ⊢ 0 = 0 ℂ fld
50 cndrng ⊢ ℂ fld ∈ DivRing
51 48 49 50 drngui ⊢ ℂ ∖ 0 = Unit ⁡ ℂ fld
52 51 41 unitsubm ⊢ ℂ fld ∈ Ring → ℂ ∖ 0 ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
53 47 52 ax-mp ⊢ ℂ ∖ 0 ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
54 42 resmhm2 ⊢ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℂ ∖ 0 ∧ ℂ ∖ 0 ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld
55 46 53 54 mp2an ⊢ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld
56 zsubrg ⊢ ℤ ∈ SubRing ⁡ ℂ fld
57 41 subrgsubm ⊢ ℤ ∈ SubRing ⁡ ℂ fld → ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
58 56 57 ax-mp ⊢ ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
59 34 fmpttd ⊢ φ → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k : ℤ ⟶ ℤ
60 59 frnd ⊢ φ → ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ⊆ ℤ
61 eqid ⊢ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ = mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
62 61 resmhm2b ⊢ ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld ∧ ran ⁡ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ⊆ ℤ → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↔ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
63 58 60 62 sylancr ⊢ φ → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↔ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
64 55 63 mpbii ⊢ φ → k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
65 mhmco ⊢ L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom G ∧ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ → L ∘ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom G
66 38 64 65 syl2anc ⊢ φ → L ∘ k ∈ ℤ ⟼ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom G
67 35 66 eqeltrrd ⊢ φ → k ∈ ℤ ⟼ L ⁡ − 1 k ∈ ℤ ring MndHom G
68 2 gausslemma2dlem0a ⊢ φ → Q ∈ ℕ
69 68 nnred ⊢ φ → Q ∈ ℝ
70 1 gausslemma2dlem0a ⊢ φ → P ∈ ℕ
71 69 70 nndivred ⊢ φ → Q P ∈ ℝ
72 71 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q P ∈ ℝ
73 2nn ⊢ 2 ∈ ℕ
74 elfznn ⊢ x ∈ 1 … P − 1 2 → x ∈ ℕ
75 74 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → x ∈ ℕ
76 nnmulcl ⊢ 2 ∈ ℕ ∧ x ∈ ℕ → 2 ⁢ x ∈ ℕ
77 73 75 76 sylancr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ⁢ x ∈ ℕ
78 77 nnred ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ⁢ x ∈ ℝ
79 72 78 remulcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℝ
80 79 flcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
81 eqid ⊢ x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ Q P ⁢ 2 ⁢ x = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ Q P ⁢ 2 ⁢ x
82 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ V
83 c0ex ⊢ 0 ∈ V
84 83 a1i ⊢ φ → 0 ∈ V
85 81 25 82 84 fsuppmptdm ⊢ φ → finSupp 0 ⁡ x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ Q P ⁢ 2 ⁢ x
86 oveq2 ⊢ k = Q P ⁢ 2 ⁢ x → − 1 k = − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
87 86 fveq2d ⊢ k = Q P ⁢ 2 ⁢ x → L ⁡ − 1 k = L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
88 oveq2 ⊢ k = ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x → − 1 k = − 1 ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
89 88 fveq2d ⊢ k = ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x → L ⁡ − 1 k = L ⁡ − 1 ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
90 10 11 14 24 25 67 80 85 87 89 gsummhm2 ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x = L ⁡ − 1 ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
91 8 30 mgpbas ⊢ Base Y = Base G
92 eqid ⊢ ⋅ Y = ⋅ Y
93 8 92 mgpplusg ⊢ ⋅ Y = + G
94 32 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L : ℤ ⟶ Base Y
95 m1expcl ⊢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
96 80 95 syl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
97 94 96 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ Base Y
98 neg1z ⊢ − 1 ∈ ℤ
99 2 eldifad ⊢ φ → Q ∈ ℙ
100 99 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ∈ ℙ
101 prmz ⊢ Q ∈ ℙ → Q ∈ ℤ
102 100 101 syl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ∈ ℤ
103 77 nnzd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ⁢ x ∈ ℤ
104 102 103 zmulcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
105 15 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ∈ ℙ
106 prmnn ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℕ
107 105 106 syl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ∈ ℕ
108 104 107 zmodcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x mod P ∈ ℕ 0
109 4 108 eqeltrid ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → R ∈ ℕ 0
110 zexpcl ⊢ − 1 ∈ ℤ ∧ R ∈ ℕ 0 → − 1 R ∈ ℤ
111 98 109 110 sylancr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 R ∈ ℤ
112 111 102 zmulcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 R ⁢ Q ∈ ℤ
113 94 112 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ⁡ − 1 R ⁢ Q ∈ Base Y
114 eqid ⊢ x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
115 eqid ⊢ x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q
116 91 93 22 25 97 113 114 115 gsummptfidmadd2 ⊢ φ → ∑ G x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y f x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q = ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 R ⁢ Q
117 eqidd ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
118 eqidd ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q
119 25 97 113 117 118 offval2 ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y f x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y L ⁡ − 1 R ⁢ Q
120 29 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ∈ ℤ ring RingHom Y
121 zringmulr ⊢ × = ⋅ ℤ ring
122 10 121 92 rhmmul ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y ∧ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ ∧ − 1 R ⁢ Q ∈ ℤ → L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q = L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y L ⁡ − 1 R ⁢ Q
123 120 96 112 122 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q = L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y L ⁡ − 1 R ⁢ Q
124 104 zred ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℝ
125 107 nnrpd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ∈ ℝ +
126 modval ⊢ Q ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℝ ∧ P ∈ ℝ + → Q ⁢ 2 ⁢ x mod P = Q ⁢ 2 ⁢ x − P ⁢ Q ⁢ 2 ⁢ x P
127 124 125 126 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x mod P = Q ⁢ 2 ⁢ x − P ⁢ Q ⁢ 2 ⁢ x P
128 4 127 eqtrid ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → R = Q ⁢ 2 ⁢ x − P ⁢ Q ⁢ 2 ⁢ x P
129 102 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ∈ ℂ
130 77 nncnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ⁢ x ∈ ℂ
131 107 nncnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ∈ ℂ
132 107 nnne0d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ≠ 0
133 129 130 131 132 div23d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x P = Q P ⁢ 2 ⁢ x
134 133 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x P = Q P ⁢ 2 ⁢ x
135 134 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ⁢ Q ⁢ 2 ⁢ x P = P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x
136 135 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x − P ⁢ Q ⁢ 2 ⁢ x P = Q ⁢ 2 ⁢ x − P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x
137 128 136 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → R = Q ⁢ 2 ⁢ x − P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x
138 137 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + R = P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + Q ⁢ 2 ⁢ x - P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x
139 prmz ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℤ
140 105 139 syl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ∈ ℤ
141 140 80 zmulcld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
142 141 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℂ
143 104 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℂ
144 142 143 pncan3d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + Q ⁢ 2 ⁢ x - P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x = Q ⁢ 2 ⁢ x
145 2cnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ∈ ℂ
146 75 nncnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → x ∈ ℂ
147 129 145 146 mul12d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ 2 ⁢ x = 2 ⁢ Q ⁢ x
148 138 144 147 3eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + R = 2 ⁢ Q ⁢ x
149 148 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + R = − 1 2 ⁢ Q ⁢ x
150 39 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 ∈ ℂ
151 40 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 ≠ 0
152 109 nn0zd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → R ∈ ℤ
153 expaddz ⊢ − 1 ∈ ℂ ∧ − 1 ≠ 0 ∧ P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ ∧ R ∈ ℤ → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + R = − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R
154 150 151 141 152 153 syl22anc ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + R = − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R
155 expmulz ⊢ − 1 ∈ ℂ ∧ − 1 ≠ 0 ∧ P ∈ ℤ ∧ Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x = -1 P Q P ⁢ 2 ⁢ x
156 150 151 140 80 155 syl22anc ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x = -1 P Q P ⁢ 2 ⁢ x
157 1cnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 1 ∈ ℂ
158 eldifsni ⊢ P ∈ ℙ ∖ 2 → P ≠ 2
159 1 158 syl ⊢ φ → P ≠ 2
160 159 necomd ⊢ φ → 2 ≠ P
161 160 neneqd ⊢ φ → ¬ 2 = P
162 161 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → ¬ 2 = P
163 2z ⊢ 2 ∈ ℤ
164 uzid ⊢ 2 ∈ ℤ → 2 ∈ ℤ ≥ 2
165 163 164 ax-mp ⊢ 2 ∈ ℤ ≥ 2
166 dvdsprm ⊢ 2 ∈ ℤ ≥ 2 ∧ P ∈ ℙ → 2 ∥ P ↔ 2 = P
167 165 105 166 sylancr ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ∥ P ↔ 2 = P
168 162 167 mtbird ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → ¬ 2 ∥ P
169 oexpneg ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ P ∈ ℕ ∧ ¬ 2 ∥ P → − 1 P = − 1 P
170 157 107 168 169 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P = − 1 P
171 1exp ⊢ P ∈ ℤ → 1 P = 1
172 140 171 syl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 1 P = 1
173 172 negeqd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P = − 1
174 170 173 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P = − 1
175 174 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → -1 P Q P ⁢ 2 ⁢ x = − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
176 156 175 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x = − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
177 176 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R = − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R
178 154 177 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 P ⁢ Q P ⁢ 2 ⁢ x + R = − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R
179 nnmulcl ⊢ Q ∈ ℕ ∧ x ∈ ℕ → Q ⁢ x ∈ ℕ
180 68 74 179 syl2an ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ x ∈ ℕ
181 180 nnnn0d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ x ∈ ℕ 0
182 2nn0 ⊢ 2 ∈ ℕ 0
183 182 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 2 ∈ ℕ 0
184 150 181 183 expmuld ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 2 ⁢ Q ⁢ x = -1 2 Q ⁢ x
185 neg1sqe1 ⊢ − 1 2 = 1
186 185 oveq1i ⊢ -1 2 Q ⁢ x = 1 Q ⁢ x
187 180 nnzd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q ⁢ x ∈ ℤ
188 1exp ⊢ Q ⁢ x ∈ ℤ → 1 Q ⁢ x = 1
189 187 188 syl ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 1 Q ⁢ x = 1
190 186 189 eqtrid ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → -1 2 Q ⁢ x = 1
191 184 190 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 2 ⁢ Q ⁢ x = 1
192 149 178 191 3eqtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R = 1
193 192 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q = 1 ⁢ Q
194 96 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℂ
195 111 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 R ∈ ℂ
196 194 195 129 mulassd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q = − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q
197 129 mullidd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → 1 ⁢ Q = Q
198 193 196 197 3eqtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q = Q
199 198 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⁢ − 1 R ⁢ Q = L ⁡ Q
200 123 199 eqtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y L ⁡ − 1 R ⁢ Q = L ⁡ Q
201 200 mpteq2dva ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y L ⁡ − 1 R ⁢ Q = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ Q
202 119 201 eqtrd ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y f x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q = x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ Q
203 202 oveq2d ⊢ φ → ∑ G x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y f x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 R ⁢ Q = ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ Q
204 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lgseisenlem3 ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 R ⁢ Q = 1 Y
205 204 oveq2d ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 R ⁢ Q = ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y 1 Y
206 116 203 205 3eqtr3rd ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y 1 Y = ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ Q
207 eqid ⊢ 0 G = 0 G
208 97 fmpttd ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x : 1 … P − 1 2 ⟶ Base Y
209 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ V
210 fvexd ⊢ φ → 0 G ∈ V
211 114 25 209 210 fsuppmptdm ⊢ φ → finSupp 0 G⁡ x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
212 91 207 22 25 208 211 gsumcl ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ Base Y
213 eqid ⊢ 1 Y = 1 Y
214 30 92 213 ringridm ⊢ Y ∈ Ring ∧ ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ Base Y → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y 1 Y = ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
215 27 212 214 syl2anc ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x ⋅ Y 1 Y = ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x
216 99 101 syl ⊢ φ → Q ∈ ℤ
217 32 216 ffvelcdmd ⊢ φ → L ⁡ Q ∈ Base Y
218 eqid ⊢ ⋅ G = ⋅ G
219 91 218 gsumconst ⊢ G ∈ Mnd ∧ 1 … P − 1 2 ∈ Fin ∧ L ⁡ Q ∈ Base Y → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ Q = 1 … P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q
220 24 25 217 219 syl3anc ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ Q = 1 … P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q
221 oddprm ⊢ P ∈ ℙ ∖ 2 → P − 1 2 ∈ ℕ
222 1 221 syl ⊢ φ → P − 1 2 ∈ ℕ
223 222 nnnn0d ⊢ φ → P − 1 2 ∈ ℕ 0
224 hashfz1 ⊢ P − 1 2 ∈ ℕ 0 → 1 … P − 1 2 = P − 1 2
225 223 224 syl ⊢ φ → 1 … P − 1 2 = P − 1 2
226 225 oveq1d ⊢ φ → 1 … P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q = P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q
227 36 10 mgpbas ⊢ ℤ = Base mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
228 eqid ⊢ ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ = ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
229 227 228 218 mhmmulg ⊢ L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom G ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 ∧ Q ∈ ℤ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ Q = P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q
230 38 223 216 229 syl3anc ⊢ φ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ Q = P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q
231 58 a1i ⊢ φ → ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
232 eqid ⊢ ⋅ mulGrp ℂ fld = ⋅ mulGrp ℂ fld
233 232 61 228 submmulg ⊢ ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 ∧ Q ∈ ℤ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld Q = P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ Q
234 231 223 216 233 syl3anc ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld Q = P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ Q
235 216 zcnd ⊢ φ → Q ∈ ℂ
236 cnfldexp ⊢ Q ∈ ℂ ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld Q = Q P − 1 2
237 235 223 236 syl2anc ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld Q = Q P − 1 2
238 234 237 eqtr3d ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ Q = Q P − 1 2
239 238 fveq2d ⊢ φ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ Q = L ⁡ Q P − 1 2
240 230 239 eqtr3d ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ G L ⁡ Q = L ⁡ Q P − 1 2
241 220 226 240 3eqtrd ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ Q = L ⁡ Q P − 1 2
242 206 215 241 3eqtr3d ⊢ φ → ∑ G x = 1 P − 1 2 L ⁡ − 1 Q P ⁢ 2 ⁢ x = L ⁡ Q P − 1 2
243 subrgsubg ⊢ ℤ ∈ SubRing ⁡ ℂ fld → ℤ ∈ SubGrp ⁡ ℂ fld
244 56 243 ax-mp ⊢ ℤ ∈ SubGrp ⁡ ℂ fld
245 subgsubm ⊢ ℤ ∈ SubGrp ⁡ ℂ fld → ℤ ∈ SubMnd ⁡ ℂ fld
246 244 245 mp1i ⊢ φ → ℤ ∈ SubMnd ⁡ ℂ fld
247 80 fmpttd ⊢ φ → x ∈ 1 … P − 1 2 ⟼ Q P ⁢ 2 ⁢ x : 1 … P − 1 2 ⟶ ℤ
248 df-zring ⊢ ℤ ring = ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
249 25 246 247 248 gsumsubm ⊢ φ → ∑ ℂ fld x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x = ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
250 80 zcnd ⊢ φ ∧ x ∈ 1 … P − 1 2 → Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℂ
251 25 250 gsumfsum ⊢ φ → ∑ ℂ fld x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x = ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
252 249 251 eqtr3d ⊢ φ → ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x = ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
253 252 oveq2d ⊢ φ → − 1 ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x = − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
254 253 fveq2d ⊢ φ → L ⁡ − 1 ∑ ℤ ring x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x = L ⁡ − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
255 90 242 254 3eqtr3d ⊢ φ → L ⁡ Q P − 1 2 = L ⁡ − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
256 70 nnnn0d ⊢ φ → P ∈ ℕ 0
257 zexpcl ⊢ Q ∈ ℤ ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 → Q P − 1 2 ∈ ℤ
258 216 223 257 syl2anc ⊢ φ → Q P − 1 2 ∈ ℤ
259 25 80 fsumzcl ⊢ φ → ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
260 m1expcl ⊢ ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ → − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
261 259 260 syl ⊢ φ → − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ
262 7 9 zndvds ⊢ P ∈ ℕ 0 ∧ Q P − 1 2 ∈ ℤ ∧ − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ → L ⁡ Q P − 1 2 = L ⁡ − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ↔ P ∥ Q P − 1 2 − − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
263 256 258 261 262 syl3anc ⊢ φ → L ⁡ Q P − 1 2 = L ⁡ − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ↔ P ∥ Q P − 1 2 − − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
264 255 263 mpbid ⊢ φ → P ∥ Q P − 1 2 − − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
265 moddvds ⊢ P ∈ ℕ ∧ Q P − 1 2 ∈ ℤ ∧ − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x ∈ ℤ → Q P − 1 2 mod P = − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x mod P ↔ P ∥ Q P − 1 2 − − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
266 70 258 261 265 syl3anc ⊢ φ → Q P − 1 2 mod P = − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x mod P ↔ P ∥ Q P − 1 2 − − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x
267 264 266 mpbird ⊢ φ → Q P − 1 2 mod P = − 1 ∑ x = 1 P − 1 2 Q P ⁢ 2 ⁢ x mod P