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Theorem m1lgs 21146
Description: The first supplement to the law of quadratic reciprocity. Negative one is a square mod an odd prime  P iff  P  ==  1 mod 4. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jun-2015.)
Assertion
Ref Expression
m1lgs  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1  / L P )  =  1  <->  ( P  mod  4 )  =  1 ) )

Proof of Theorem m1lgs
StepHypRef Expression
1 1z 10311 . . . . . . . . . 10  |-  1  e.  ZZ
2 znegcl 10313 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1  e.  ZZ  ->  -u 1  e.  ZZ )
31, 2ax-mp 8 . . . . . . . . 9  |-  -u 1  e.  ZZ
4 oddprm 13189 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN )
54nnnn0d 10274 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN0 )
6 zexpcl 11396 . . . . . . . . 9  |-  ( (
-u 1  e.  ZZ  /\  ( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN0 )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  e.  ZZ )
73, 5, 6sylancr 645 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  e.  ZZ )
87peano2zd 10378 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  e.  ZZ )
9 eldifi 3469 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  Prime )
10 prmnn 13082 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  NN )
119, 10syl 16 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  NN )
128, 11zmodcld 11267 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P )  e.  NN0 )
1312nn0cnd 10276 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P )  e.  CC )
14 ax-1cn 9048 . . . . . 6  |-  1  e.  CC
1514a1i 11 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
1  e.  CC )
1613, 15, 15subaddd 9429 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  +  1 )  mod  P )  -  1 )  =  1  <->  ( 1  +  1 )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
) ) )
17 2re 10069 . . . . . . . 8  |-  2  e.  RR
1817a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  e.  RR )
1911nnrpd 10647 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  RR+ )
20 0re 9091 . . . . . . . . 9  |-  0  e.  RR
21 2pos 10082 . . . . . . . . 9  |-  0  <  2
2220, 17, 21ltleii 9196 . . . . . . . 8  |-  0  <_  2
2322a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
0  <_  2 )
24 eldifsni 3928 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  =/=  2 )
2511nnred 10015 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  RR )
26 prmuz2 13097 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
279, 26syl 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
28 eluzle 10498 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  2  <_  P )
2927, 28syl 16 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  <_  P )
3018, 25, 29leltned 9224 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  <  P  <->  P  =/=  2 ) )
3124, 30mpbird 224 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  <  P )
32 modid 11270 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 2  e.  RR  /\  P  e.  RR+ )  /\  ( 0  <_  2  /\  2  <  P ) )  ->  ( 2  mod  P )  =  2 )
3318, 19, 23, 31, 32syl22anc 1185 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  mod  P
)  =  2 )
34 df-2 10058 . . . . . 6  |-  2  =  ( 1  +  1 )
3533, 34syl6eq 2484 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  mod  P
)  =  ( 1  +  1 ) )
3635eqeq1d 2444 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  <->  ( 1  +  1 )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
) ) )
3724neneqd 2617 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  -.  P  =  2
)
38 2prm 13095 . . . . . . . . . . . 12  |-  2  e.  Prime
39 dvdsprm 13099 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  2  e.  Prime )  ->  ( P  ||  2  <->  P  = 
2 ) )
4027, 38, 39sylancl 644 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  ||  2  <->  P  =  2 ) )
4137, 40mtbird 293 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  -.  P  ||  2 )
4241adantr 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -.  P  ||  2 )
4314a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  1  e.  CC )
444adantr 452 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( P  -  1 )  /  2 )  e.  NN )
45 simpr 448 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -.  2  ||  ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )
46 oexpneg 12911 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  ( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN  /\  -.  2  ||  ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  = 
-u ( 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
4743, 44, 45, 46syl3anc 1184 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  -u ( 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
4844nnzd 10374 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( P  -  1 )  /  2 )  e.  ZZ )
49 1exp 11409 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  e.  ZZ  ->  (
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  1 )
5048, 49syl 16 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  1 )
5150negeqd 9300 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -u (
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  -u 1 )
5247, 51eqtrd 2468 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  -u 1 )
5352oveq1d 6096 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  =  ( -u 1  +  1 ) )
54 neg1cn 10067 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  -u 1  e.  CC
5514negidi 9369 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 1  +  -u 1 )  =  0
5614, 54, 55addcomli 9258 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( -u
1  +  1 )  =  0
5753, 56syl6eq 2484 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  =  0 )
5857oveq2d 6097 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
2  -  ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) )  =  ( 2  -  0 ) )
59 2cn 10070 . . . . . . . . . . . 12  |-  2  e.  CC
6059subid1i 9372 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 2  -  0 )  =  2
6158, 60syl6eq 2484 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
2  -  ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) )  =  2 )
6261breq2d 4224 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  ( P  ||  ( 2  -  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 ) )  <->  P  ||  2
) )
6342, 62mtbird 293 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -.  P  ||  ( 2  -  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 ) ) )
6463ex 424 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
)  ->  -.  P  ||  ( 2  -  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) ) ) )
6564con4d 99 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  ||  (
2  -  ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) )  ->  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
66 2z 10312 . . . . . . . 8  |-  2  e.  ZZ
6766a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  e.  ZZ )
68 moddvds 12859 . . . . . . 7  |-  ( ( P  e.  NN  /\  2  e.  ZZ  /\  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  e.  ZZ )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  <->  P  ||  ( 2  -  ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) ) ) )
6911, 67, 8, 68syl3anc 1184 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  <->  P  ||  ( 2  -  ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) ) ) )
70 4nn 10135 . . . . . . . . . . 11  |-  4  e.  NN
7170nnzi 10305 . . . . . . . . . 10  |-  4  e.  ZZ
7271a1i 11 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
4  e.  ZZ )
7370nnne0i 10034 . . . . . . . . . 10  |-  4  =/=  0
7473a1i 11 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
4  =/=  0 )
75 nnm1nn0 10261 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  NN  ->  ( P  -  1 )  e.  NN0 )
7611, 75syl 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  -  1 )  e.  NN0 )
7776nn0zd 10373 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  -  1 )  e.  ZZ )
78 dvdsval2 12855 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 4  e.  ZZ  /\  4  =/=  0  /\  ( P  -  1 )  e.  ZZ )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <-> 
( ( P  - 
1 )  /  4
)  e.  ZZ ) )
7972, 74, 77, 78syl3anc 1184 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <-> 
( ( P  - 
1 )  /  4
)  e.  ZZ ) )
8076nn0cnd 10276 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  -  1 )  e.  CC )
8159a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  e.  CC )
82 2ne0 10083 . . . . . . . . . . . 12  |-  2  =/=  0
8382a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  =/=  0 )
8480, 81, 81, 83, 83divdiv1d 9821 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  =  ( ( P  -  1 )  /  ( 2  x.  2 ) ) )
85 2t2e4 10127 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 2  x.  2 )  =  4
8685oveq2i 6092 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  -  1 )  /  ( 2  x.  2 ) )  =  ( ( P  - 
1 )  /  4
)
8784, 86syl6eq 2484 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  =  ( ( P  -  1 )  /  4 ) )
8887eleq1d 2502 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 )  e.  ZZ  <->  ( ( P  -  1 )  /  4 )  e.  ZZ ) )
8979, 88bitr4d 248 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <-> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  e.  ZZ ) )
904nnzd 10374 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  ZZ )
91 dvdsval2 12855 . . . . . . . 8  |-  ( ( 2  e.  ZZ  /\  2  =/=  0  /\  (
( P  -  1 )  /  2 )  e.  ZZ )  -> 
( 2  ||  (
( P  -  1 )  /  2 )  <-> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  e.  ZZ ) )
9267, 83, 90, 91syl3anc 1184 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  ||  (
( P  -  1 )  /  2 )  <-> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  e.  ZZ ) )
9389, 92bitr4d 248 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <->  2  ||  ( ( P  -  1 )  /  2 ) ) )
9465, 69, 933imtr4d 260 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  ->  4  ||  ( P  -  1
) ) )
9554a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  -u 1  e.  CC )
96 ax-1ne0 9059 . . . . . . . . . . . . 13  |-  1  =/=  0
9714, 96negne0i 9375 . . . . . . . . . . . 12  |-  -u 1  =/=  0
9897a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  -u 1  =/=  0 )
9966a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  2  e.  ZZ )
10089biimpa 471 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( (
( P  -  1 )  /  2 )  /  2 )  e.  ZZ )
101 expmulz 11426 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( -u 1  e.  CC  /\  -u 1  =/=  0 )  /\  (
2  e.  ZZ  /\  ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  e.  ZZ ) )  ->  ( -u 1 ^ ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )  =  ( ( -u 1 ^ 2 ) ^
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )
10295, 98, 99, 100, 101syl22anc 1185 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )  =  ( ( -u 1 ^ 2 ) ^
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )
1034nncnd 10016 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  CC )
104103, 81, 83divcan2d 9792 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  x.  (
( ( P  - 
1 )  /  2
)  /  2 ) )  =  ( ( P  -  1 )  /  2 ) )
105104adantr 452 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 ) )  =  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )
106105oveq2d 6097 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )  =  ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
107 sqneg 11442 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 1  e.  CC  ->  ( -u 1 ^ 2 )  =  ( 1 ^ 2 ) )
10814, 107ax-mp 8 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( -u
1 ^ 2 )  =  ( 1 ^ 2 )
109 sq1 11476 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( 1 ^ 2 )  =  1
110108, 109eqtri 2456 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( -u
1 ^ 2 )  =  1
111110oveq1i 6091 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
-u 1 ^ 2 ) ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  /  2 ) )  =  ( 1 ^ ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) )
112 1exp 11409 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  - 
1 )  /  2
)  /  2 )  e.  ZZ  ->  (
1 ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  /  2 ) )  =  1 )
113100, 112syl 16 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( 1 ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 ) )  =  1 )
114111, 113syl5eq 2480 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( ( -u 1 ^ 2 ) ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 ) )  =  1 )
115102, 106, 1143eqtr3d 2476 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  =  1 )
116115oveq1d 6096 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  =  ( 1  +  1 ) )
117116, 34syl6reqr 2487 . . . . . . 7  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  2  =  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 ) )
118117oveq1d 6096 . . . . . 6  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( 2  mod  P )  =  ( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P ) )
119118ex 424 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  ->  ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
) ) )
12094, 119impbid 184 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  <->  4  ||  ( P  -  1 ) ) )
12116, 36, 1203bitr2d 273 . . 3  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  +  1 )  mod  P )  -  1 )  =  1  <->  4  ||  ( P  -  1 ) ) )
122 lgsval3 21098 . . . . 5  |-  ( (
-u 1  e.  ZZ  /\  P  e.  ( Prime  \  { 2 } ) )  ->  ( -u 1  / L P )  =  ( ( ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod  P )  - 
1 ) )
1233, 122mpan 652 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( -u 1  / L P )  =  ( ( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P )  -  1 ) )
124123eqeq1d 2444 . . 3  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1  / L P )  =  1  <->  ( ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  +  1 )  mod  P )  -  1 )  =  1 ) )
12570a1i 11 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
4  e.  NN )
126 prmz 13083 . . . . 5  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  ZZ )
1279, 126syl 16 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  ZZ )
1281a1i 11 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
1  e.  ZZ )
129 moddvds 12859 . . . 4  |-  ( ( 4  e.  NN  /\  P  e.  ZZ  /\  1  e.  ZZ )  ->  (
( P  mod  4
)  =  ( 1  mod  4 )  <->  4  ||  ( P  -  1
) ) )
130125, 127, 128, 129syl3anc 1184 . . 3  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  mod  4 )  =  ( 1  mod  4 )  <->  4  ||  ( P  -  1 ) ) )
131121, 124, 1303bitr4d 277 . 2  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1  / L P )  =  1  <->  ( P  mod  4 )  =  ( 1  mod  4 ) ) )
132 1re 9090 . . . 4  |-  1  e.  RR
133 nnrp 10621 . . . . 5  |-  ( 4  e.  NN  ->  4  e.  RR+ )
13470, 133ax-mp 8 . . . 4  |-  4  e.  RR+
135 0le1 9551 . . . 4  |-  0  <_  1
136 1lt4 10147 . . . 4  |-  1  <  4
137 modid 11270 . . . 4  |-  ( ( ( 1  e.  RR  /\  4  e.  RR+ )  /\  ( 0  <_  1  /\  1  <  4
) )  ->  (
1  mod  4 )  =  1 )
138132, 134, 135, 136, 137mp4an 655 . . 3  |-  ( 1  mod  4 )  =  1
139138eqeq2i 2446 . 2  |-  ( ( P  mod  4 )  =  ( 1  mod  4 )  <->  ( P  mod  4 )  =  1 )
140131, 139syl6bb 253 1  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1  / L P )  =  1  <->  ( P  mod  4 )  =  1 ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725    =/= wne 2599    \ cdif 3317   {csn 3814   class class class wbr 4212   ` cfv 5454  (class class class)co 6081   CCcc 8988   RRcr 8989   0cc0 8990   1c1 8991    + caddc 8993    x. cmul 8995    < clt 9120    <_ cle 9121    - cmin 9291   -ucneg 9292    / cdiv 9677   NNcn 10000   2c2 10049   4c4 10051   NN0cn0 10221   ZZcz 10282   ZZ>=cuz 10488   RR+crp 10612    mod cmo 11250   ^cexp 11382    || cdivides 12852   Primecprime 13079    / Lclgs 21078
This theorem is referenced by:  2sqlem11  21159  2sqblem  21161
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2417  ax-rep 4320  ax-sep 4330  ax-nul 4338  ax-pow 4377  ax-pr 4403  ax-un 4701  ax-cnex 9046  ax-resscn 9047  ax-1cn 9048  ax-icn 9049  ax-addcl 9050  ax-addrcl 9051  ax-mulcl 9052  ax-mulrcl 9053  ax-mulcom 9054  ax-addass 9055  ax-mulass 9056  ax-distr 9057  ax-i2m1 9058  ax-1ne0 9059  ax-1rid 9060  ax-rnegex 9061  ax-rrecex 9062  ax-cnre 9063  ax-pre-lttri 9064  ax-pre-lttrn 9065  ax-pre-ltadd 9066  ax-pre-mulgt0 9067  ax-pre-sup 9068
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2285  df-mo 2286  df-clab 2423  df-cleq 2429  df-clel 2432  df-nfc 2561  df-ne 2601  df-nel 2602  df-ral 2710  df-rex 2711  df-reu 2712  df-rmo 2713  df-rab 2714  df-v 2958  df-sbc 3162  df-csb 3252  df-dif 3323  df-un 3325  df-in 3327  df-ss 3334  df-pss 3336  df-nul 3629  df-if 3740  df-pw 3801  df-sn 3820  df-pr 3821  df-tp 3822  df-op 3823  df-uni 4016  df-int 4051  df-iun 4095  df-br 4213  df-opab 4267  df-mpt 4268  df-tr 4303  df-eprel 4494  df-id 4498  df-po 4503  df-so 4504  df-fr 4541  df-we 4543  df-ord 4584  df-on 4585  df-lim 4586  df-suc 4587  df-om 4846  df-xp 4884  df-rel 4885  df-cnv 4886  df-co 4887  df-dm 4888  df-rn 4889  df-res 4890  df-ima 4891  df-iota 5418  df-fun 5456  df-fn 5457  df-f 5458  df-f1 5459  df-fo 5460  df-f1o 5461  df-fv 5462  df-ov 6084  df-oprab 6085  df-mpt2 6086  df-1st 6349  df-2nd 6350  df-riota 6549  df-recs 6633  df-rdg 6668  df-1o 6724  df-2o 6725  df-oadd 6728  df-er 6905  df-map 7020  df-en 7110  df-dom 7111  df-sdom 7112  df-fin 7113  df-sup 7446  df-card 7826  df-cda 8048  df-pnf 9122  df-mnf 9123  df-xr 9124  df-ltxr 9125  df-le 9126  df-sub 9293  df-neg 9294  df-div 9678  df-nn 10001  df-2 10058  df-3 10059  df-4 10060  df-n0 10222  df-z 10283  df-uz 10489  df-q 10575  df-rp 10613  df-fz 11044  df-fzo 11136  df-fl 11202  df-mod 11251  df-seq 11324  df-exp 11383  df-hash 11619  df-cj 11904  df-re 11905  df-im 11906  df-sqr 12040  df-abs 12041  df-dvds 12853  df-gcd 13007  df-prm 13080  df-phi 13155  df-pc 13211  df-lgs 21079
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