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Theorem 2sqreunnlem1

Description: Lemma 1 for 2sqreunn . (Contributed by AV, 11-Jun-2023)

Ref Expression
Assertion 2sqreunnlem1 P P mod 4 = 1 ∃! a ∃! b a b a 2 + b 2 = P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2sqnn P P mod 4 = 1 x y P = x 2 + y 2
2 simpll x y P = x 2 + y 2 x
3 2 adantl x y x y P = x 2 + y 2 x
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 a b a 2 + b 2 = P ∃! b x b x 2 + b 2 = P
10 9 adantl x y x y P = x 2 + y 2 a = x ∃! b a b a 2 + b 2 = P ∃! b x b x 2 + b 2 = P
11 simpr x y y
12 11 adantr x y x y y
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 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c c 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 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2 c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
22 21 adantl x y x y b = y x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2 c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
23 simpr x y x y x y
24 eqidd x y x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2
25 nnre c c
26 25 resqcld c c 2
27 26 adantl x y x y c c 2
28 nnre y y
29 28 resqcld y y 2
30 29 adantl x y y 2
31 30 ad2antrr x y x y c y 2
32 nnre x x
33 32 resqcld x x 2
34 33 adantr x y x 2
35 34 ad2antrr x y x y c 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 y x y c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 c 2 = y 2
38 28 ad4antlr x y x y c c 2 = y 2 y
39 25 ad2antlr x y x y c c 2 = y 2 c
40 nnnn0 y y 0
41 40 nn0ge0d y 0 y
42 41 ad4antlr x y x y c c 2 = y 2 0 y
43 nnnn0 c c 0
44 43 nn0ge0d c 0 c
45 44 ad2antlr x y x y c c 2 = y 2 0 c
46 simpr x y x y c c 2 = y 2 c 2 = y 2
47 46 eqcomd x y x y c c 2 = y 2 y 2 = c 2
48 38 39 42 45 47 sq11d x y x y c c 2 = y 2 y = c
49 48 ex x y x y c c 2 = y 2 y = c
50 37 49 sylbid x y x y c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
51 50 adantld x y x y c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
52 51 ralrimiva x y x y c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
53 23 24 52 jca31 x y x y x y x 2 + y 2 = x 2 + y 2 c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 y = c
54 12 22 53 rspcedvd x y x y b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
55 breq2 b = c x b x c
56 oveq1 b = c b 2 = c 2
57 56 oveq2d b = c x 2 + b 2 = x 2 + c 2
58 57 eqeq1d b = c x 2 + b 2 = x 2 + y 2 x 2 + c 2 = x 2 + y 2
59 55 58 anbi12d b = c x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2
60 59 reu8 ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2 c x c x 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
61 54 60 sylibr x y x y ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
62 61 ex x y x y ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
63 62 adantr x y P = x 2 + y 2 x y ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
64 63 impcom x y x y P = x 2 + y 2 ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
65 eqeq2 P = x 2 + y 2 x 2 + b 2 = P x 2 + b 2 = x 2 + y 2
66 65 anbi2d P = x 2 + y 2 x b x 2 + b 2 = P x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
67 66 reubidv P = x 2 + y 2 ∃! b x b x 2 + b 2 = P ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
68 67 adantl x y P = x 2 + y 2 ∃! b x b x 2 + b 2 = P ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
69 68 adantl x y x y P = x 2 + y 2 ∃! b x b x 2 + b 2 = P ∃! b x b x 2 + b 2 = x 2 + y 2
70 64 69 mpbird x y x y P = x 2 + y 2 ∃! b x b x 2 + b 2 = P
71 3 10 70 rspcedvd x y x y P = x 2 + y 2 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
72 11 adantr x y P = x 2 + y 2 y
73 72 adantl ¬ x y x y P = x 2 + y 2 y
74 breq1 a = y a b y b
75 oveq1 a = y a 2 = y 2
76 75 oveq1d a = y a 2 + b 2 = y 2 + b 2
77 76 eqeq1d a = y a 2 + b 2 = P y 2 + b 2 = P
78 74 77 anbi12d a = y a b a 2 + b 2 = P y b y 2 + b 2 = P
79 78 reubidv a = y ∃! b a b a 2 + b 2 = P ∃! b y b y 2 + b 2 = P
80 79 adantl ¬ x y x y P = x 2 + y 2 a = y ∃! b a b a 2 + b 2 = P ∃! b y b y 2 + b 2 = P
81 simpll x y ¬ x y x
82 breq2 b = x y b y x
83 oveq1 b = x b 2 = x 2
84 83 oveq2d b = x y 2 + b 2 = y 2 + x 2
85 84 eqeq1d b = x y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y 2 + x 2 = x 2 + y 2
86 82 85 anbi12d b = x y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2
87 equequ1 b = x b = c x = c
88 87 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
89 88 ralbidv b = x c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
90 86 89 anbi12d b = x y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
91 90 adantl x y ¬ x y b = x y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
92 ltnle y x y < x ¬ x y
93 28 32 92 syl2anr x y y < x ¬ x y
94 28 ad2antlr x y y < x y
95 32 ad2antrr x y y < x x
96 simpr x y y < x y < x
97 94 95 96 ltled x y y < x y x
98 97 ex x y y < x y x
99 93 98 sylbird x y ¬ x y y x
100 99 imp x y ¬ x y y x
101 29 recnd y y 2
102 101 adantl x y y 2
103 33 recnd x x 2
104 103 adantr x y x 2
105 102 104 addcomd x y y 2 + x 2 = x 2 + y 2
106 105 adantr x y ¬ x y y 2 + x 2 = x 2 + y 2
107 34 recnd x y x 2
108 107 adantr x y c x 2
109 30 recnd x y y 2
110 109 adantr x y c y 2
111 108 110 addcomd x y c x 2 + y 2 = y 2 + x 2
112 111 eqeq2d x y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 y 2 + c 2 = y 2 + x 2
113 26 adantl x y c c 2
114 33 ad2antrr x y c x 2
115 29 ad2antlr x y c y 2
116 readdcan c 2 x 2 y 2 y 2 + c 2 = y 2 + x 2 c 2 = x 2
117 113 114 115 116 syl3anc x y c y 2 + c 2 = y 2 + x 2 c 2 = x 2
118 112 117 bitrd x y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 c 2 = x 2
119 25 ad2antlr x y c c 2 = x 2 c
120 32 adantr x y x
121 120 ad2antrr x y c c 2 = x 2 x
122 44 ad2antlr x y c c 2 = x 2 0 c
123 nnnn0 x x 0
124 123 nn0ge0d x 0 x
125 124 adantr x y 0 x
126 125 ad2antrr x y c c 2 = x 2 0 x
127 simpr x y c c 2 = x 2 c 2 = x 2
128 119 121 122 126 127 sq11d x y c c 2 = x 2 c = x
129 128 eqcomd x y c c 2 = x 2 x = c
130 129 ex x y c c 2 = x 2 x = c
131 118 130 sylbid x y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
132 131 adantld x y c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
133 132 ralrimiva x y c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
134 133 adantr x y ¬ x y c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
135 100 106 134 jca31 x y ¬ x y y x y 2 + x 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 x = c
136 81 91 135 rspcedvd x y ¬ x y b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
137 breq2 b = c y b y c
138 56 oveq2d b = c y 2 + b 2 = y 2 + c 2
139 138 eqeq1d b = c y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y 2 + c 2 = x 2 + y 2
140 137 139 anbi12d b = c y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2
141 140 reu8 ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2 c y c y 2 + c 2 = x 2 + y 2 b = c
142 136 141 sylibr x y ¬ x y ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
143 142 ex x y ¬ x y ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
144 143 adantr x y P = x 2 + y 2 ¬ x y ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
145 144 impcom ¬ x y x y P = x 2 + y 2 ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
146 eqeq2 P = x 2 + y 2 y 2 + b 2 = P y 2 + b 2 = x 2 + y 2
147 146 anbi2d P = x 2 + y 2 y b y 2 + b 2 = P y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
148 147 reubidv P = x 2 + y 2 ∃! b y b y 2 + b 2 = P ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
149 148 adantl x y P = x 2 + y 2 ∃! b y b y 2 + b 2 = P ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
150 149 adantl ¬ x y x y P = x 2 + y 2 ∃! b y b y 2 + b 2 = P ∃! b y b y 2 + b 2 = x 2 + y 2
151 145 150 mpbird ¬ x y x y P = x 2 + y 2 ∃! b y b y 2 + b 2 = P
152 73 80 151 rspcedvd ¬ x y x y P = x 2 + y 2 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
153 71 152 pm2.61ian x y P = x 2 + y 2 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
154 153 ex x y P = x 2 + y 2 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
155 154 adantl P P mod 4 = 1 x y P = x 2 + y 2 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
156 155 rexlimdvva P P mod 4 = 1 x y P = x 2 + y 2 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
157 1 156 mpd P P mod 4 = 1 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
158 reurex ∃! b a b a 2 + b 2 = P b a b a 2 + b 2 = P
159 158 a1i P P mod 4 = 1 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P b a b a 2 + b 2 = P
160 159 ralrimiva P P mod 4 = 1 a ∃! b a b a 2 + b 2 = P b a b a 2 + b 2 = P
161 2sqmo P * a 0 b 0 a b a 2 + b 2 = P
162 nnssnn0 0
163 nfcv _ a
164 nfcv _ a 0
165 163 164 ssrmof 0 * a 0 b 0 a b a 2 + b 2 = P * a b 0 a b a 2 + b 2 = P
166 162 165 ax-mp * a 0 b 0 a b a 2 + b 2 = P * a b 0 a b a 2 + b 2 = P
167 ssrexv 0 b a b a 2 + b 2 = P b 0 a b a 2 + b 2 = P
168 162 167 ax-mp b a b a 2 + b 2 = P b 0 a b a 2 + b 2 = P
169 168 rmoimi * a b 0 a b a 2 + b 2 = P * a b a b a 2 + b 2 = P
170 161 166 169 3syl P * a b a b a 2 + b 2 = P
171 170 adantr P P mod 4 = 1 * a b a b a 2 + b 2 = P
172 rmoim a ∃! b a b a 2 + b 2 = P b a b a 2 + b 2 = P * a b a b a 2 + b 2 = P * a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
173 160 171 172 sylc P P mod 4 = 1 * a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
174 reu5 ∃! a ∃! b a b a 2 + b 2 = P a ∃! b a b a 2 + b 2 = P * a ∃! b a b a 2 + b 2 = P
175 157 173 174 sylanbrc P P mod 4 = 1 ∃! a ∃! b a b a 2 + b 2 = P