Metamath Proof Explorer


Theorem 2sqlem2

Description: Lemma for 2sq . (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015)

Ref Expression
Hypothesis 2sq.1 โŠข ๐‘† = ran ( ๐‘ค โˆˆ โ„ค[i] โ†ฆ ( ( abs โ€˜ ๐‘ค ) โ†‘ 2 ) )
Assertion 2sqlem2 ( ๐ด โˆˆ ๐‘† โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2sq.1 โŠข ๐‘† = ran ( ๐‘ค โˆˆ โ„ค[i] โ†ฆ ( ( abs โ€˜ ๐‘ค ) โ†‘ 2 ) )
2 1 2sqlem1 โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘† โ†” โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] ๐ด = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) )
3 elgz โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†” ( ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆง ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค โˆง ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค ) )
4 3 simp2bi โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†’ ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค )
5 3 simp3bi โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค )
6 gzcn โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†’ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ )
7 6 absvalsq2d โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) ) )
8 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) = ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) )
9 8 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )
10 9 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†” ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) ) )
11 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) = ( ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) )
12 11 oveq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†’ ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) ) )
13 12 eqeq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†” ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) ) ) )
14 10 13 rspc2ev โŠข ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค โˆง ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) + ( ( โ„‘ โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )
15 4 5 7 14 syl3anc โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )
16 eqeq1 โŠข ( ๐ด = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) โ†’ ( ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†” ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) ) )
17 16 2rexbidv โŠข ( ๐ด = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) ) )
18 15 17 syl5ibrcom โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] โ†’ ( ๐ด = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) ) )
19 18 rexlimiv โŠข ( โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] ๐ด = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )
20 2 19 sylbi โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘† โ†’ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )
21 gzreim โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„ค[i] )
22 zcn โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ )
23 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
24 zcn โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ )
25 mulcl โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( i ยท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
26 23 24 25 sylancr โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โ†’ ( i ยท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
27 addcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ( i ยท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
28 22 26 27 syl2an โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
29 28 absvalsq2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( โ„‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) )
30 zre โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
31 zre โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ )
32 crre โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) = ๐‘ฅ )
33 30 31 32 syl2an โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) = ๐‘ฅ )
34 33 oveq1d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) = ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) )
35 crim โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) = ๐‘ฆ )
36 30 31 35 syl2an โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) = ๐‘ฆ )
37 36 oveq1d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( โ„‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) = ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) )
38 34 37 oveq12d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( โ„‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )
39 29 38 eqtr2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) )
40 fveq2 โŠข ( ๐‘ง = ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) )
41 40 oveq1d โŠข ( ๐‘ง = ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) )
42 41 rspceeqv โŠข ( ( ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„ค[i] โˆง ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( i ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) )
43 21 39 42 syl2anc โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) )
44 1 2sqlem1 โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โˆˆ ๐‘† โ†” โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„ค[i] ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ง ) โ†‘ 2 ) )
45 43 44 sylibr โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โˆˆ ๐‘† )
46 eleq1 โŠข ( ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ๐‘† โ†” ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โˆˆ ๐‘† ) )
47 45 46 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘† ) )
48 47 rexlimivv โŠข ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘† )
49 20 48 impbii โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘† โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค ๐ด = ( ( ๐‘ฅ โ†‘ 2 ) + ( ๐‘ฆ โ†‘ 2 ) ) )