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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 ffvelrnd 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 gcdcom y P y gcd P = P gcd y
69 32 67 68 syl2anc φ y 1 P 1 2 y gcd P = P gcd y
70 38 nnred φ y 1 P 1 2 y
71 51 rehalfcld φ P 1 2
72 71 adantr φ y 1 P 1 2 P 1 2
73 49 adantr φ y 1 P 1 2 P
74 elfzle2 y 1 P 1 2 y P 1 2
75 74 adantl φ y 1 P 1 2 y P 1 2
76 prmuz2 P P 2
77 14 76 syl φ P 2
78 uz2m1nn P 2 P 1
79 77 78 syl φ P 1
80 79 nnrpd φ P 1 +
81 rphalflt P 1 + P 1 2 < P 1
82 80 81 syl φ P 1 2 < P 1
83 49 ltm1d φ P 1 < P
84 71 51 49 82 83 lttrd φ P 1 2 < P
85 84 adantr φ y 1 P 1 2 P 1 2 < P
86 70 72 73 75 85 lelttrd φ y 1 P 1 2 y < P
87 70 73 ltnled φ y 1 P 1 2 y < P ¬ P y
88 86 87 mpbid φ y 1 P 1 2 ¬ P y
89 dvdsle P y P y P y
90 67 38 89 syl2anc φ y 1 P 1 2 P y P y
91 88 90 mtod φ y 1 P 1 2 ¬ P y
92 coprm P y ¬ P y P gcd y = 1
93 64 32 92 syl2anc φ y 1 P 1 2 ¬ P y P gcd y = 1
94 91 93 mpbid φ y 1 P 1 2 P gcd y = 1
95 69 94 eqtrd φ y 1 P 1 2 y gcd P = 1
96 eulerth P y y gcd P = 1 y ϕ P mod P = 1 mod P
97 65 32 95 96 syl3anc φ y 1 P 1 2 y ϕ P mod P = 1 mod P
98 63 97 eqtrd φ y 1 P 1 2 y 2 P 1 2 mod P = 1 mod P
99 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 36 34 98 lgsqrlem1 φ y 1 P 1 2 O T L y 2 = 0 Y
100 eqid Y 𝑠 Base Y = Y 𝑠 Base Y
101 eqid Base Y 𝑠 Base Y = Base Y 𝑠 Base Y
102 fvexd φ Base Y V
103 5 2 100 27 evl1rhm Y CRing O S RingHom Y 𝑠 Base Y
104 21 103 syl φ O S RingHom Y 𝑠 Base Y
105 3 101 rhmf O S RingHom Y 𝑠 Base Y O : B Base Y 𝑠 Base Y
106 104 105 syl φ O : B Base Y 𝑠 Base Y
107 2 ply1ring Y Ring S Ring
108 23 107 syl φ S Ring
109 ringgrp S Ring S Grp
110 108 109 syl φ S Grp
111 eqid mulGrp S = mulGrp S
112 111 ringmgp S Ring mulGrp S Mnd
113 108 112 syl φ mulGrp S Mnd
114 7 2 3 vr1cl Y Ring X B
115 23 114 syl φ X B
116 111 3 mgpbas B = Base mulGrp S
117 116 6 mulgnn0cl mulGrp S Mnd P 1 2 0 X B P 1 2 × ˙ X B
118 113 42 115 117 syl3anc φ P 1 2 × ˙ X B
119 3 9 ringidcl S Ring 1 ˙ B
120 108 119 syl φ 1 ˙ B
121 3 8 grpsubcl S Grp P 1 2 × ˙ X B 1 ˙ B P 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ B
122 110 118 120 121 syl3anc φ P 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ B
123 10 122 eqeltrid φ T B
124 106 123 ffvelrnd φ O T Base Y 𝑠 Base Y
125 100 27 101 16 102 124 pwselbas φ O T : Base Y Base Y
126 125 ffnd φ O T Fn Base Y
127 126 adantr φ y 1 P 1 2 O T Fn Base Y
128 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
129 127 128 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
130 35 99 129 mpbir2and φ y 1 P 1 2 L y 2 O T -1 0 Y
131 130 13 fmptd φ G : 1 P 1 2 O T -1 0 Y
132 fvoveq1 y = x L y 2 = L x 2
133 fvex L x 2 V
134 132 13 133 fvmpt x 1 P 1 2 G x = L x 2
135 134 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = L x 2
136 fvoveq1 y = z L y 2 = L z 2
137 fvex L z 2 V
138 136 13 137 fvmpt z 1 P 1 2 G z = L z 2
139 138 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G z = L z 2
140 135 139 eqeq12d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z L x 2 = L z 2
141 48 nnnn0d φ P 0
142 141 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 0
143 elfzelz x 1 P 1 2 x
144 143 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
145 zsqcl x x 2
146 144 145 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x 2
147 elfzelz z 1 P 1 2 z
148 147 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
149 zsqcl z z 2
150 148 149 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z 2
151 1 11 zndvds P 0 x 2 z 2 L x 2 = L z 2 P x 2 z 2
152 142 146 150 151 syl3anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 L x 2 = L z 2 P x 2 z 2
153 elfznn x 1 P 1 2 x
154 153 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
155 154 nncnd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
156 elfznn z 1 P 1 2 z
157 156 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
158 157 nncnd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
159 subsq x z x 2 z 2 = x + z x z
160 155 158 159 syl2anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x 2 z 2 = x + z x z
161 160 breq2d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x 2 z 2 P x + z x z
162 140 152 161 3bitrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z P x + z x z
163 14 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
164 144 148 zaddcld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z
165 144 148 zsubcld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x z
166 euclemma P x + z x z P x + z x z P x + z P x z
167 163 164 165 166 syl3anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x z P x + z P x z
168 163 47 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
169 168 nnzd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
170 154 157 nnaddcld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z
171 dvdsle P x + z P x + z P x + z
172 169 170 171 syl2anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z P x + z
173 170 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z
174 168 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P
175 174 50 syl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1
176 154 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x
177 157 nnred φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z
178 71 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 2
179 elfzle2 x 1 P 1 2 x P 1 2
180 179 ad2antrl φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x P 1 2
181 elfzle2 z 1 P 1 2 z P 1 2
182 181 ad2antll φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z P 1 2
183 176 177 178 178 180 182 le2addd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z P 1 2 + P 1 2
184 52 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1
185 184 2halvesd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 2 + P 1 2 = P 1
186 183 185 breqtrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z P 1
187 174 ltm1d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 < P
188 173 175 174 186 187 lelttrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z < P
189 173 174 ltnled φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x + z < P ¬ P x + z
190 188 189 mpbid φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 ¬ P x + z
191 190 pm2.21d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x = z
192 172 191 syld φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x = z
193 moddvds P x z x mod P = z mod P P x z
194 168 144 148 193 syl3anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x mod P = z mod P P x z
195 168 nnrpd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P +
196 154 nnnn0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x 0
197 196 nn0ge0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 0 x
198 84 adantr φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P 1 2 < P
199 176 178 174 180 198 lelttrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x < P
200 modid x P + 0 x x < P x mod P = x
201 176 195 197 199 200 syl22anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x mod P = x
202 157 nnnn0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z 0
203 202 nn0ge0d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 0 z
204 177 178 174 182 198 lelttrd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z < P
205 modid z P + 0 z z < P z mod P = z
206 177 195 203 204 205 syl22anc φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 z mod P = z
207 201 206 eqeq12d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 x mod P = z mod P x = z
208 194 207 bitr3d φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x z x = z
209 208 biimpd φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x z x = z
210 192 209 jaod φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z P x z x = z
211 167 210 sylbid φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 P x + z x z x = z
212 162 211 sylbid φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z x = z
213 212 ralrimivva φ x 1 P 1 2 z 1 P 1 2 G x = G z x = z
214 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
215 131 213 214 sylanbrc φ G : 1 P 1 2 1-1 O T -1 0 Y