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Theorem 2sqlem2

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

Ref Expression
Hypothesis 2sq.1 ⊢ S = ran ⁡ w ∈ ℤ i ⟼ w 2
Assertion 2sqlem2 ⊢ A ∈ S ↔ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2sq.1 ⊢ S = ran ⁡ w ∈ ℤ i ⟼ w 2
2 1 2sqlem1 ⊢ A ∈ S ↔ ∃ z ∈ ℤ i A = z 2
3 elgz ⊢ z ∈ ℤ i ↔ z ∈ ℂ ∧ ℜ ⁡ z ∈ ℤ ∧ ℑ ⁡ z ∈ ℤ
4 3 simp2bi ⊢ z ∈ ℤ i → ℜ ⁡ z ∈ ℤ
5 3 simp3bi ⊢ z ∈ ℤ i → ℑ ⁡ z ∈ ℤ
6 gzcn ⊢ z ∈ ℤ i → z ∈ ℂ
7 6 absvalsq2d ⊢ z ∈ ℤ i → z 2 = ℜ ⁡ z 2 + ℑ ⁡ z 2
8 oveq1 ⊢ x = ℜ ⁡ z → x 2 = ℜ ⁡ z 2
9 8 oveq1d ⊢ x = ℜ ⁡ z → x 2 + y 2 = ℜ ⁡ z 2 + y 2
10 9 eqeq2d ⊢ x = ℜ ⁡ z → z 2 = x 2 + y 2 ↔ z 2 = ℜ ⁡ z 2 + y 2
11 oveq1 ⊢ y = ℑ ⁡ z → y 2 = ℑ ⁡ z 2
12 11 oveq2d ⊢ y = ℑ ⁡ z → ℜ ⁡ z 2 + y 2 = ℜ ⁡ z 2 + ℑ ⁡ z 2
13 12 eqeq2d ⊢ y = ℑ ⁡ z → z 2 = ℜ ⁡ z 2 + y 2 ↔ z 2 = ℜ ⁡ z 2 + ℑ ⁡ z 2
14 10 13 rspc2ev ⊢ ℜ ⁡ z ∈ ℤ ∧ ℑ ⁡ z ∈ ℤ ∧ z 2 = ℜ ⁡ z 2 + ℑ ⁡ z 2 → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ z 2 = x 2 + y 2
15 4 5 7 14 syl3anc ⊢ z ∈ ℤ i → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ z 2 = x 2 + y 2
16 eqeq1 ⊢ A = z 2 → A = x 2 + y 2 ↔ z 2 = x 2 + y 2
17 16 2rexbidv ⊢ A = z 2 → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2 ↔ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ z 2 = x 2 + y 2
18 15 17 syl5ibrcom ⊢ z ∈ ℤ i → A = z 2 → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2
19 18 rexlimiv ⊢ ∃ z ∈ ℤ i A = z 2 → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2
20 2 19 sylbi ⊢ A ∈ S → ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2
21 gzreim ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x + i ⁢ y ∈ ℤ i
22 zcn ⊢ x ∈ ℤ → x ∈ ℂ
23 ax-icn ⊢ i ∈ ℂ
24 zcn ⊢ y ∈ ℤ → y ∈ ℂ
25 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ y ∈ ℂ → i ⁢ y ∈ ℂ
26 23 24 25 sylancr ⊢ y ∈ ℤ → i ⁢ y ∈ ℂ
27 addcl ⊢ x ∈ ℂ ∧ i ⁢ y ∈ ℂ → x + i ⁢ y ∈ ℂ
28 22 26 27 syl2an ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x + i ⁢ y ∈ ℂ
29 28 absvalsq2d ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x + i ⁢ y 2 = ℜ ⁡ x + i ⁢ y 2 + ℑ ⁡ x + i ⁢ y 2
30 zre ⊢ x ∈ ℤ → x ∈ ℝ
31 zre ⊢ y ∈ ℤ → y ∈ ℝ
32 crre ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y = x
33 30 31 32 syl2an ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y = x
34 33 oveq1d ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y 2 = x 2
35 crim ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → ℑ ⁡ x + i ⁢ y = y
36 30 31 35 syl2an ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → ℑ ⁡ x + i ⁢ y = y
37 36 oveq1d ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → ℑ ⁡ x + i ⁢ y 2 = y 2
38 34 37 oveq12d ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → ℜ ⁡ x + i ⁢ y 2 + ℑ ⁡ x + i ⁢ y 2 = x 2 + y 2
39 29 38 eqtr2d ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x 2 + y 2 = x + i ⁢ y 2
40 fveq2 ⊢ z = x + i ⁢ y → z = x + i ⁢ y
41 40 oveq1d ⊢ z = x + i ⁢ y → z 2 = x + i ⁢ y 2
42 41 rspceeqv ⊢ x + i ⁢ y ∈ ℤ i ∧ x 2 + y 2 = x + i ⁢ y 2 → ∃ z ∈ ℤ i x 2 + y 2 = z 2
43 21 39 42 syl2anc ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → ∃ z ∈ ℤ i x 2 + y 2 = z 2
44 1 2sqlem1 ⊢ x 2 + y 2 ∈ S ↔ ∃ z ∈ ℤ i x 2 + y 2 = z 2
45 43 44 sylibr ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → x 2 + y 2 ∈ S
46 eleq1 ⊢ A = x 2 + y 2 → A ∈ S ↔ x 2 + y 2 ∈ S
47 45 46 syl5ibrcom ⊢ x ∈ ℤ ∧ y ∈ ℤ → A = x 2 + y 2 → A ∈ S
48 47 rexlimivv ⊢ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2 → A ∈ S
49 20 48 impbii ⊢ A ∈ S ↔ ∃ x ∈ ℤ ∃ y ∈ ℤ A = x 2 + y 2