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Theorem 2sqreulem1

Description: Lemma 1 for 2sqreu . (Contributed by AV, 4-Jun-2023)

Ref Expression
Assertion 2sqreulem1 P P mod 4 = 1 ∃! a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2sqnn0 P P mod 4 = 1 x 0 y 0 P = x 2 + y 2
2 simpll x 0 y 0 P = x 2 + y 2 x 0
3 2 adantl x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 x 0
4 breq1 a = x a b x b
5 oveq1 a = x a 2 = x 2
6 5 oveq1d a = x a 2 + b 2 = x 2 + b 2
7 6 eqeq1d a = x a 2 + b 2 = P x 2 + b 2 = P
8 4 7 anbi12d a = x a b a 2 + b 2 = P x b x 2 + b 2 = P
9 8 reubidv a = x ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = P
10 9 adantl x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a = x ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = P
11 simpr x 0 y 0 y 0
12 11 adantr x 0 y 0 x y y 0
13 breq2 b = y x b x y
14 oveq1 b = y b 2 = y 2
15 14 oveq2d b = y x 2 + b 2 = x 2 + y 2
16 15 eqeq1d b = y x 2 + b 2 = x 2 + y 2 x 2 + y 2 = x 2 + y 2
17 13 16 anbi12d b = y x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2
18 equequ1 b = y b = c y = c
19 18 imbi2d b = y x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
20 19 ralbidv b = y c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
21 17 20 anbi12d b = y x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
22 21 adantl x 0 y 0 x y b = y x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
23 simpr x 0 y 0 x y x y
24 eqidd x 0 y 0 x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2
25 nn0re c 0 c
26 25 resqcld c 0 c 2
27 26 adantl x 0 y 0 x y c 0 c 2
28 nn0re y 0 y
29 28 resqcld y 0 y 2
30 29 adantl x 0 y 0 y 2
31 30 ad2antrr x 0 y 0 x y c 0 y 2
32 nn0re x 0 x
33 32 resqcld x 0 x 2
34 33 adantr x 0 y 0 x 2
35 34 ad2antrr x 0 y 0 x y c 0 x 2
36 readdcan c 2 y 2 x 2 x 2 + c 2 = x 2 + y 2 c 2 = y 2
37 27 31 35 36 syl3anc x 0 y 0 x y c 0 x 2 + c 2 = x 2 + y 2 c 2 = y 2
38 28 ad4antlr x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 y
39 25 ad2antlr x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 c
40 nn0ge0 y 0 0 y
41 40 ad4antlr x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 0 y
42 nn0ge0 c 0 0 c
43 42 ad2antlr x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 0 c
44 simpr x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 c 2 = y 2
45 44 eqcomd x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 y 2 = c 2
46 38 39 41 43 45 sq11d x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 y = c
47 46 ex x 0 y 0 x y c 0 c 2 = y 2 y = c
48 37 47 sylbid x 0 y 0 x y c 0 x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
49 48 adantld x 0 y 0 x y c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
50 49 ralrimiva x 0 y 0 x y c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
51 23 24 50 jca31 x 0 y 0 x y x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
52 12 22 51 rspcedvd x 0 y 0 x y b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
53 breq2 b = c x b x c
54 oveq1 b = c b 2 = c 2
55 54 oveq2d b = c x 2 + b 2 = x 2 + c 2
56 55 eqeq1d b = c x 2 + b 2 = x 2 + y 2 x 2 + c 2 = x 2 + y 2
57 53 56 anbi12d b = c x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2
58 57 reu8 ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
59 52 58 sylibr x 0 y 0 x y ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
60 59 ex x 0 y 0 x y ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
61 60 adantr x 0 y 0 P = x 2 + y 2 x y ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
62 61 impcom x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
63 eqeq2 P = x 2 + y 2 x 2 + b 2 = P x 2 + b 2 = x 2 + y 2
64 63 anbi2d P = x 2 + y 2 x b x 2 + b 2 = P x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
65 64 reubidv P = x 2 + y 2 ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = P ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
66 65 adantl x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = P ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
67 66 adantl x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = P ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
68 62 67 mpbird x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 x b x 2 + b 2 = P
69 3 10 68 rspcedvd x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
70 11 adantr x 0 y 0 P = x 2 + y 2 y 0
71 70 adantl ¬ x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 y 0
72 breq1 a = y a b y b
73 oveq1 a = y a 2 = y 2
74 73 oveq1d a = y a 2 + b 2 = y 2 + b 2
75 74 eqeq1d a = y a 2 + b 2 = P y 2 + b 2 = P
76 72 75 anbi12d a = y a b a 2 + b 2 = P y b y 2 + b 2 = P
77 76 reubidv a = y ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = P
78 77 adantl ¬ x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a = y ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = P
79 simpll x 0 y 0 ¬ x y x 0
80 breq2 b = x y b y x
81 oveq1 b = x b 2 = x 2
82 81 oveq2d b = x y 2 + b 2 = y 2 + x 2
83 82 eqeq1d b = x y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y 2 + x 2 = x 2 + y 2
84 80 83 anbi12d b = x y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2
85 equequ1 b = x b = c x = c
86 85 imbi2d b = x y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
87 86 ralbidv b = x c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
88 84 87 anbi12d b = x y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
89 88 adantl x 0 y 0 ¬ x y b = x y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
90 ltnle y x y < x ¬ x y
91 28 32 90 syl2anr x 0 y 0 y < x ¬ x y
92 28 ad2antlr x 0 y 0 y < x y
93 32 ad2antrr x 0 y 0 y < x x
94 simpr x 0 y 0 y < x y < x
95 92 93 94 ltled x 0 y 0 y < x y x
96 95 ex x 0 y 0 y < x y x
97 91 96 sylbird x 0 y 0 ¬ x y y x
98 97 imp x 0 y 0 ¬ x y y x
99 29 recnd y 0 y 2
100 99 adantl x 0 y 0 y 2
101 33 recnd x 0 x 2
102 101 adantr x 0 y 0 x 2
103 100 102 addcomd x 0 y 0 y 2 + x 2 = x 2 + y 2
104 103 adantr x 0 y 0 ¬ x y y 2 + x 2 = x 2 + y 2
105 34 recnd x 0 y 0 x 2
106 105 adantr x 0 y 0 c 0 x 2
107 30 recnd x 0 y 0 y 2
108 107 adantr x 0 y 0 c 0 y 2
109 106 108 addcomd x 0 y 0 c 0 x 2 + y 2 = y 2 + x 2
110 109 eqeq2d x 0 y 0 c 0 y 2 + c 2 = x 2 + y 2 y 2 + c 2 = y 2 + x 2
111 26 adantl x 0 y 0 c 0 c 2
112 33 ad2antrr x 0 y 0 c 0 x 2
113 29 ad2antlr x 0 y 0 c 0 y 2
114 readdcan c 2 x 2 y 2 y 2 + c 2 = y 2 + x 2 c 2 = x 2
115 111 112 113 114 syl3anc x 0 y 0 c 0 y 2 + c 2 = y 2 + x 2 c 2 = x 2
116 110 115 bitrd x 0 y 0 c 0 y 2 + c 2 = x 2 + y 2 c 2 = x 2
117 25 ad2antlr x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 c
118 32 adantr x 0 y 0 x
119 118 ad2antrr x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 x
120 42 ad2antlr x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 0 c
121 nn0ge0 x 0 0 x
122 121 adantr x 0 y 0 0 x
123 122 ad2antrr x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 0 x
124 simpr x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 c 2 = x 2
125 117 119 120 123 124 sq11d x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 c = x
126 125 eqcomd x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 x = c
127 126 ex x 0 y 0 c 0 c 2 = x 2 x = c
128 116 127 sylbid x 0 y 0 c 0 y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
129 128 adantld x 0 y 0 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
130 129 ralrimiva x 0 y 0 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
131 130 adantr x 0 y 0 ¬ x y c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
132 98 104 131 jca31 x 0 y 0 ¬ x y y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
133 79 89 132 rspcedvd x 0 y 0 ¬ x y b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
134 breq2 b = c y b y c
135 54 oveq2d b = c y 2 + b 2 = y 2 + c 2
136 135 eqeq1d b = c y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y 2 + c 2 = x 2 + y 2
137 134 136 anbi12d b = c y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2
138 137 reu8 ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c 0 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
139 133 138 sylibr x 0 y 0 ¬ x y ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
140 139 ex x 0 y 0 ¬ x y ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
141 140 adantr x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ¬ x y ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
142 141 impcom ¬ x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
143 eqeq2 P = x 2 + y 2 y 2 + b 2 = P y 2 + b 2 = x 2 + y 2
144 143 anbi2d P = x 2 + y 2 y b y 2 + b 2 = P y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
145 144 reubidv P = x 2 + y 2 ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = P ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
146 145 adantl x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = P ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
147 146 adantl ¬ x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = P ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
148 142 147 mpbird ¬ x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 ∃! b 0 y b y 2 + b 2 = P
149 71 78 148 rspcedvd ¬ x y x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
150 69 149 pm2.61ian x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
151 150 ex x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
152 151 adantl P P mod 4 = 1 x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
153 152 rexlimdvva P P mod 4 = 1 x 0 y 0 P = x 2 + y 2 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
154 1 153 mpd P P mod 4 = 1 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
155 reurex ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P b 0 a b a 2 + b 2 = P
156 155 a1i P P mod 4 = 1 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P b 0 a b a 2 + b 2 = P
157 156 ralrimiva P P mod 4 = 1 a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P b 0 a b a 2 + b 2 = P
158 2sqmo P * a 0 b 0 a b a 2 + b 2 = P
159 158 adantr P P mod 4 = 1 * a 0 b 0 a b a 2 + b 2 = P
160 rmoim a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P b 0 a b a 2 + b 2 = P * a 0 b 0 a b a 2 + b 2 = P * a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
161 157 159 160 sylc P P mod 4 = 1 * a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
162 reu5 ∃! a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P * a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P
163 154 161 162 sylanbrc P P mod 4 = 1 ∃! a 0 ∃! b 0 a b a 2 + b 2 = P