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Theorem lgsqrlem2

Description: Lemma for lgsqr . (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses lgsqr.y Y = /P
lgsqr.s S = Poly 1 Y
lgsqr.b B = Base S
lgsqr.d D = deg 1 Y
lgsqr.o O = eval 1 Y
lgsqr.e × ˙ = mulGrp S
lgsqr.x X = var 1 Y
lgsqr.m - ˙ = - S
lgsqr.u 1 ˙ = 1 S
lgsqr.t T = P 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙
lgsqr.l L = ℤRHom Y
lgsqr.1 φ P 2
lgsqr.g G = y 1 P 1 2 L y 2
Assertion lgsqrlem2 φ G : 1 P 1 2 1-1 O T -1 0 Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lgsqr.y Y = /P
2 lgsqr.s S = Poly 1 Y
3 lgsqr.b B = Base S
4 lgsqr.d D = deg 1 Y
5 lgsqr.o O = eval 1 Y
6 lgsqr.e × ˙ = mulGrp S
7 lgsqr.x X = var 1 Y
8 lgsqr.m - ˙ = - S
9 lgsqr.u 1 ˙ = 1 S
10 lgsqr.t T = P 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙
11 lgsqr.l L = ℤRHom Y
12 lgsqr.1 φ P 2
13 lgsqr.g G = y 1 P 1 2 L y 2
14 12 eldifad φ P
15 1 znfld P Y Field
16 14 15 syl φ Y Field
17 fldidom Y Field Y IDomn
18 16 17 syl φ Y IDomn
19 isidom Y IDomn Y CRing Y Domn
20 19 simplbi Y IDomn Y CRing
21 18 20 syl φ Y CRing
22 crngring Y CRing Y Ring
23 21 22 syl φ Y Ring
24 11 zrhrhm Y Ring L ring RingHom Y
25 23 24 syl φ L ring RingHom Y
26 zringbas = Base ring
27 eqid Base Y = Base Y
28 26 27 rhmf L ring RingHom Y L : Base Y
29 25 28 syl φ L : Base Y
30 29 adantr φ y 1 P 1 2 L : Base Y
31 elfzelz y 1 P 1 2 y
32 31 adantl φ y 1 P 1 2 y
33 zsqcl y y 2
34 32 33 syl φ y 1 P 1 2 y 2
35 30 34 ffvelcdmd φ y 1 P 1 2 L y 2 Base Y
36 12 adantr φ y 1 P 1 2 P 2
37 elfznn y 1 P 1 2 y
38 37 adantl φ y 1 P 1 2 y
39 38 nncnd φ y 1 P 1 2 y
40 oddprm P 2 P 1 2
41 12 40 syl φ P 1 2
42 41 nnnn0d φ P 1 2 0
43 42 adantr φ y 1 P 1 2 P 1 2 0
44 2nn0 2 0
45 44 a1i φ y 1 P 1 2 2 0
46 39 43 45 expmuld φ y 1 P 1 2 y 2 P 1 2 = y 2 P 1 2
47 prmnn P P
48 14 47 syl φ P
49 48 nnred φ P
50 peano2rem P P 1
51 49 50 syl φ P 1
52 51 recnd φ P 1
53 2cnd φ 2
54 2ne0 2 0
55 54 a1i φ 2 0
56 52 53 55 divcan2d φ 2 P 1 2 = P 1
57 phiprm P ϕ P = P 1
58 14 57 syl φ ϕ P = P 1
59 56 58 eqtr4d φ 2 P 1 2 = ϕ P
60 59 adantr φ y 1 P 1 2 2 P 1 2 = ϕ P
61 60 oveq2d φ y 1 P 1 2 y 2 P 1 2 = y ϕ P
62 46 61 eqtr3d φ y 1 P 1 2 y 2 P 1 2 = y ϕ P
63 62 oveq1d φ y 1 P 1 2 y 2 P 1 2 mod P = y ϕ P mod P
64 14 adantr φ y 1 P 1 2 P
65 64 47 syl φ y 1 P 1 2 P
66 48 nnzd φ P
67 66 adantr φ y 1 P 1 2 P
68 32 67 gcdcomd φ y 1 P 1 2 y gcd P = P gcd y
69 38 nnred φ y 1 P 1 2 y
70 51 rehalfcld φ P 1 2
71 70 adantr φ y 1 P 1 2 P 1 2
72 49 adantr φ y 1 P 1 2 P
73 elfzle2 y 1 P 1 2 y P 1 2
74 73 adantl φ y 1 P 1 2 y P 1 2
75 prmuz2 P P 2
76 14 75 syl φ P 2
77 uz2m1nn P 2 P 1
78 76 77 syl φ P 1
79 78 nnrpd φ P 1 +
80 rphalflt P 1 + P 1 2 < P 1
81 79 80 syl φ P 1 2 < P 1
82 49 ltm1d φ P 1 < P
83 70 51 49 81 82 lttrd φ P 1 2 < P
84 83 adantr φ y 1 P 1 2 P 1 2 < P
85 69 71 72 74 84 lelttrd φ y 1 P 1 2 y < P
86 69 72 ltnled φ y 1 P 1 2 y < P ¬ P y
87 85 86 mpbid φ y 1 P 1 2 ¬ P y
88 dvdsle P y P y P y
89 67 38 88 syl2anc φ y 1 P 1 2 P y P y
90 87 89 mtod φ y 1 P 1 2 ¬ P y
91 coprm P y ¬ P y P gcd y = 1
92 64 32 91 syl2anc φ y 1 P 1 2 ¬ P y P gcd y = 1
93 90 92 mpbid φ y 1 P 1 2 P gcd y = 1
94 68 93 eqtrd φ y 1 P 1 2 y gcd P = 1
95 eulerth P y y gcd P = 1 y ϕ P mod P = 1 mod P
96 65 32 94 95 syl3anc φ y 1 P 1 2 y ϕ P mod P = 1 mod P
97 63 96 eqtrd φ y 1 P 1 2 y 2 P 1 2 mod P = 1 mod P
98 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 36 34 97 lgsqrlem1 φ y 1 P 1 2 O T L y 2 = 0 Y
99 eqid Y 𝑠 Base Y = Y 𝑠 Base Y
100 eqid Base Y 𝑠 Base Y = Base Y 𝑠 Base Y
101 fvexd φ Base Y V
102 5 2 99 27 evl1rhm Y CRing O S RingHom Y 𝑠 Base Y
103 21 102 syl φ O S RingHom Y 𝑠 Base Y
104 3 100 rhmf O S RingHom Y 𝑠 Base Y O : B Base Y 𝑠 Base Y
105 103 104 syl φ O : B Base Y 𝑠 Base Y
106 2 ply1ring Y Ring S Ring
107 23 106 syl φ S Ring
108 ringgrp S Ring S Grp
109 107 108 syl φ S Grp
110 eqid mulGrp S = mulGrp S
111 110 3 mgpbas B = Base mulGrp S
112 110 ringmgp S Ring mulGrp S Mnd
113 107 112 syl φ mulGrp S Mnd
114 7 2 3 vr1cl Y Ring X B
115 23 114 syl φ X B
116 111 6 113 42 115 mulgnn0cld φ P 1 2 × ˙ X B
117 3 9 ringidcl S Ring 1 ˙ B
118 107 117 syl φ 1 ˙ B
119 3 8 grpsubcl S Grp P 1 2 × ˙ X B 1 ˙ B P 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ B
120 109 116 118 119 syl3anc φ P 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ B
121 10 120 eqeltrid φ T B
122 105 121 ffvelcdmd φ O T Base Y 𝑠 Base Y
123 99 27 100 16 101 122 pwselbas φ O T : Base Y Base Y
124 123 ffnd φ O T Fn Base Y
125 124 adantr φ y 1 P 1 2 O T Fn Base Y
126 fniniseg O T Fn Base Y L y 2 O T -1 0 Y L y 2 Base Y O T L y 2 = 0 Y
127 125 126 syl φ y 1 P 1 2 L y 2 O T -1 0 Y L y 2 Base Y O T L y 2 = 0 Y
128 35 98 127 mpbir2and φ y 1 P 1 2 L y 2 O T -1 0 Y
129 128 13 fmptd φ G : 1 P 1 2 O T -1 0 Y
130 fvoveq1 y = x L y 2 = L x 2
131 fvex L x 2 V
132 130 13 131 fvmpt x 1 P 1 2 G x = L x 2
133 132 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = L x 2
134 fvoveq1 y = z L y 2 = L z 2
135 fvex L z 2 V
136 134 13 135 fvmpt z 1 P 1 2 G z = L z 2
137 136 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G z = L z 2
138 133 137 eqeq12d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z L x 2 = L z 2
139 48 nnnn0d φ P 0
140 139 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 0
141 elfzelz x 1 P 1 2 x
142 141 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
143 zsqcl x x 2
144 142 143 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x 2
145 elfzelz z 1 P 1 2 z
146 145 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
147 zsqcl z z 2
148 146 147 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z 2
149 1 11 zndvds P 0 x 2 z 2 L x 2 = L z 2 P x 2 z 2
150 140 144 148 149 syl3anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 L x 2 = L z 2 P x 2 z 2
151 elfznn x 1 P 1 2 x
152 151 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
153 152 nncnd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
154 elfznn z 1 P 1 2 z
155 154 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
156 155 nncnd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
157 subsq x z x 2 z 2 = x + z x z
158 153 156 157 syl2anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x 2 z 2 = x + z x z
159 158 breq2d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x 2 z 2 P x + z x z
160 138 150 159 3bitrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z P x + z x z
161 14 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
162 142 146 zaddcld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z
163 142 146 zsubcld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x z
164 euclemma P x + z x z P x + z x z P x + z P x z
165 161 162 163 164 syl3anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x z P x + z P x z
166 161 47 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
167 166 nnzd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
168 152 155 nnaddcld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z
169 dvdsle P x + z P x + z P x + z
170 167 168 169 syl2anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z P x + z
171 168 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z
172 166 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
173 172 50 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1
174 152 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
175 155 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
176 70 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 2
177 elfzle2 x 1 P 1 2 x P 1 2
178 177 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x P 1 2
179 elfzle2 z 1 P 1 2 z P 1 2
180 179 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z P 1 2
181 174 175 176 176 178 180 le2addd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z P 1 2 + P 1 2
182 52 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1
183 182 2halvesd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 2 + P 1 2 = P 1
184 181 183 breqtrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z P 1
185 172 ltm1d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 < P
186 171 173 172 184 185 lelttrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z < P
187 171 172 ltnled φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z < P ¬ P x + z
188 186 187 mpbid φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 ¬ P x + z
189 188 pm2.21d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x = z
190 170 189 syld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x = z
191 moddvds P x z x mod P = z mod P P x z
192 166 142 146 191 syl3anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x mod P = z mod P P x z
193 166 nnrpd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P +
194 152 nnnn0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x 0
195 194 nn0ge0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 0 x
196 83 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 2 < P
197 174 176 172 178 196 lelttrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x < P
198 modid x P + 0 x x < P x mod P = x
199 174 193 195 197 198 syl22anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x mod P = x
200 155 nnnn0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z 0
201 200 nn0ge0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 0 z
202 175 176 172 180 196 lelttrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z < P
203 modid z P + 0 z z < P z mod P = z
204 175 193 201 202 203 syl22anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z mod P = z
205 199 204 eqeq12d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x mod P = z mod P x = z
206 192 205 bitr3d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x z x = z
207 206 biimpd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x z x = z
208 190 207 jaod φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z P x z x = z
209 165 208 sylbid φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x z x = z
210 160 209 sylbid φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z x = z
211 210 ralrimivva φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z x = z
212 dff13 G : 1 P 1 2 1-1 O T -1 0 Y G : 1 P 1 2 O T -1 0 Y x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z x = z
213 129 211 212 sylanbrc φ G : 1 P 1 2 1-1 O T -1 0 Y