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Theorem 2sqlem2 20603
Description: Lemma for 2sq 20615. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
2sq.1  |-  S  =  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w
) ^ 2 ) )
Assertion
Ref Expression
2sqlem2  |-  ( A  e.  S  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
Distinct variable groups:    x, w, y    x, A, y    x, S, y
Allowed substitution hints:    A( w)    S( w)

Proof of Theorem 2sqlem2
Dummy variable  z is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 2sq.1 . . . 4  |-  S  =  ran  ( w  e.  ZZ [ _i ]  |->  ( ( abs `  w
) ^ 2 ) )
212sqlem1 20602 . . 3  |-  ( A  e.  S  <->  E. z  e.  ZZ [ _i ]  A  =  ( ( abs `  z ) ^
2 ) )
3 elgz 12978 . . . . . . 7  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ] 
<->  ( z  e.  CC  /\  ( Re `  z
)  e.  ZZ  /\  ( Im `  z )  e.  ZZ ) )
43simp2bi 971 . . . . . 6  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ]  ->  ( Re `  z )  e.  ZZ )
53simp3bi 972 . . . . . 6  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ]  ->  ( Im `  z )  e.  ZZ )
6 gzcn 12979 . . . . . . 7  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ]  ->  z  e.  CC )
76absvalsq2d 11925 . . . . . 6  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ]  ->  ( ( abs `  z ) ^ 2 )  =  ( ( ( Re `  z
) ^ 2 )  +  ( ( Im
`  z ) ^
2 ) ) )
8 oveq1 5865 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  ( Re `  z )  ->  (
x ^ 2 )  =  ( ( Re
`  z ) ^
2 ) )
98oveq1d 5873 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  ( Re `  z )  ->  (
( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
109eqeq2d 2294 . . . . . . 7  |-  ( x  =  ( Re `  z )  ->  (
( ( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  <->  ( ( abs `  z ) ^
2 )  =  ( ( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) )
11 oveq1 5865 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  ( Im `  z )  ->  (
y ^ 2 )  =  ( ( Im
`  z ) ^
2 ) )
1211oveq2d 5874 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  ( Im `  z )  ->  (
( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( ( Im `  z ) ^ 2 ) ) )
1312eqeq2d 2294 . . . . . . 7  |-  ( y  =  ( Im `  z )  ->  (
( ( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  <->  ( ( abs `  z ) ^
2 )  =  ( ( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( ( Im `  z ) ^ 2 ) ) ) )
1410, 13rspc2ev 2892 . . . . . 6  |-  ( ( ( Re `  z
)  e.  ZZ  /\  ( Im `  z )  e.  ZZ  /\  (
( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( ( Re `  z ) ^ 2 )  +  ( ( Im `  z ) ^ 2 ) ) )  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  (
( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
154, 5, 7, 14syl3anc 1182 . . . . 5  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ]  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  (
( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
16 eqeq1 2289 . . . . . 6  |-  ( A  =  ( ( abs `  z ) ^ 2 )  ->  ( A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  <->  ( ( abs `  z ) ^
2 )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) )
17162rexbidv 2586 . . . . 5  |-  ( A  =  ( ( abs `  z ) ^ 2 )  ->  ( E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  (
( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) )
1815, 17syl5ibrcom 213 . . . 4  |-  ( z  e.  ZZ [ _i ]  ->  ( A  =  ( ( abs `  z
) ^ 2 )  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) ) )
1918rexlimiv 2661 . . 3  |-  ( E. z  e.  ZZ [
_i ]  A  =  ( ( abs `  z
) ^ 2 )  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
202, 19sylbi 187 . 2  |-  ( A  e.  S  ->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
21 gzreim 12986 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( x  +  ( _i  x.  y ) )  e.  ZZ [
_i ] )
22 zcn 10029 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ZZ  ->  x  e.  CC )
23 ax-icn 8796 . . . . . . . . . 10  |-  _i  e.  CC
24 zcn 10029 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  e.  ZZ  ->  y  e.  CC )
25 mulcl 8821 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( _i  e.  CC  /\  y  e.  CC )  ->  ( _i  x.  y
)  e.  CC )
2623, 24, 25sylancr 644 . . . . . . . . 9  |-  ( y  e.  ZZ  ->  (
_i  x.  y )  e.  CC )
27 addcl 8819 . . . . . . . . 9  |-  ( ( x  e.  CC  /\  ( _i  x.  y
)  e.  CC )  ->  ( x  +  ( _i  x.  y
) )  e.  CC )
2822, 26, 27syl2an 463 . . . . . . . 8  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( x  +  ( _i  x.  y ) )  e.  CC )
2928absvalsq2d 11925 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( ( abs `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 )  =  ( ( ( Re `  ( x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 )  +  ( ( Im `  ( x  +  (
_i  x.  y )
) ) ^ 2 ) ) )
30 zre 10028 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ZZ  ->  x  e.  RR )
31 zre 10028 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  e.  ZZ  ->  y  e.  RR )
32 crre 11599 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  RR  /\  y  e.  RR )  ->  ( Re `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) )  =  x )
3330, 31, 32syl2an 463 . . . . . . . . 9  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( Re `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) )  =  x )
3433oveq1d 5873 . . . . . . . 8  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( ( Re `  ( x  +  (
_i  x.  y )
) ) ^ 2 )  =  ( x ^ 2 ) )
35 crim 11600 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  RR  /\  y  e.  RR )  ->  ( Im `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) )  =  y )
3630, 31, 35syl2an 463 . . . . . . . . 9  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( Im `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) )  =  y )
3736oveq1d 5873 . . . . . . . 8  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( ( Im `  ( x  +  (
_i  x.  y )
) ) ^ 2 )  =  ( y ^ 2 ) )
3834, 37oveq12d 5876 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( ( ( Re
`  ( x  +  ( _i  x.  y
) ) ) ^
2 )  +  ( ( Im `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 ) )  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^
2 ) ) )
3929, 38eqtr2d 2316 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( abs `  ( x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 ) )
40 fveq2 5525 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  ( x  +  ( _i  x.  y
) )  ->  ( abs `  z )  =  ( abs `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) ) )
4140oveq1d 5873 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  ( x  +  ( _i  x.  y
) )  ->  (
( abs `  z
) ^ 2 )  =  ( ( abs `  ( x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 ) )
4241eqeq2d 2294 . . . . . . 7  |-  ( z  =  ( x  +  ( _i  x.  y
) )  ->  (
( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( abs `  z ) ^ 2 )  <->  ( (
x ^ 2 )  +  ( y ^
2 ) )  =  ( ( abs `  (
x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 ) ) )
4342rspcev 2884 . . . . . 6  |-  ( ( ( x  +  ( _i  x.  y ) )  e.  ZZ [
_i ]  /\  (
( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( abs `  ( x  +  ( _i  x.  y ) ) ) ^ 2 ) )  ->  E. z  e.  ZZ [ _i ] 
( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( abs `  z ) ^ 2 ) )
4421, 39, 43syl2anc 642 . . . . 5  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  E. z  e.  ZZ [ _i ]  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^
2 ) )  =  ( ( abs `  z
) ^ 2 ) )
4512sqlem1 20602 . . . . 5  |-  ( ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  e.  S  <->  E. z  e.  ZZ [ _i ] 
( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) )  =  ( ( abs `  z ) ^ 2 ) )
4644, 45sylibr 203 . . . 4  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( ( x ^
2 )  +  ( y ^ 2 ) )  e.  S )
47 eleq1 2343 . . . 4  |-  ( A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  ->  ( A  e.  S  <->  ( (
x ^ 2 )  +  ( y ^
2 ) )  e.  S ) )
4846, 47syl5ibrcom 213 . . 3  |-  ( ( x  e.  ZZ  /\  y  e.  ZZ )  ->  ( A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  ->  A  e.  S
) )
4948rexlimivv 2672 . 2  |-  ( E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) )  ->  A  e.  S )
5020, 49impbii 180 1  |-  ( A  e.  S  <->  E. x  e.  ZZ  E. y  e.  ZZ  A  =  ( ( x ^ 2 )  +  ( y ^ 2 ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    <-> wb 176    /\ wa 358    = wceq 1623    e. wcel 1684   E.wrex 2544    e. cmpt 4077   ran crn 4690   ` cfv 5255  (class class class)co 5858   CCcc 8735   RRcr 8736   _ici 8739    + caddc 8740    x. cmul 8742   2c2 9795   ZZcz 10024   ^cexp 11104   Recre 11582   Imcim 11583   abscabs 11719   ZZ [ _i ]cgz 12976
This theorem is referenced by:  2sqlem5  20607  2sqlem7  20609  2sq  20615
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4188  ax-pr 4214  ax-un 4512  ax-cnex 8793  ax-resscn 8794  ax-1cn 8795  ax-icn 8796  ax-addcl 8797  ax-addrcl 8798  ax-mulcl 8799  ax-mulrcl 8800  ax-mulcom 8801  ax-addass 8802  ax-mulass 8803  ax-distr 8804  ax-i2m1 8805  ax-1ne0 8806  ax-1rid 8807  ax-rnegex 8808  ax-rrecex 8809  ax-cnre 8810  ax-pre-lttri 8811  ax-pre-lttrn 8812  ax-pre-ltadd 8813  ax-pre-mulgt0 8814  ax-pre-sup 8815
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-nel 2449  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rmo 2551  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pss 3168  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-tp 3648  df-op 3649  df-uni 3828  df-iun 3907  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-tr 4114  df-eprel 4305  df-id 4309  df-po 4314  df-so 4315  df-fr 4352  df-we 4354  df-ord 4395  df-on 4396  df-lim 4397  df-suc 4398  df-om 4657  df-xp 4695  df-rel 4696  df-cnv 4697  df-co 4698  df-dm 4699  df-rn 4700  df-res 4701  df-ima 4702  df-iota 5219  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-ov 5861  df-oprab 5862  df-mpt2 5863  df-2nd 6123  df-riota 6304  df-recs 6388  df-rdg 6423  df-er 6660  df-en 6864  df-dom 6865  df-sdom 6866  df-sup 7194  df-pnf 8869  df-mnf 8870  df-xr 8871  df-ltxr 8872  df-le 8873  df-sub 9039  df-neg 9040  df-div 9424  df-nn 9747  df-2 9804  df-3 9805  df-n0 9966  df-z 10025  df-uz 10231  df-rp 10355  df-seq 11047  df-exp 11105  df-cj 11584  df-re 11585  df-im 11586  df-sqr 11720  df-abs 11721  df-gz 12977
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