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Theorem m1lgs 20654
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 10100 . . . . . . . . . 10  |-  1  e.  ZZ
2 znegcl 10102 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1  e.  ZZ  ->  -u 1  e.  ZZ )
31, 2ax-mp 8 . . . . . . . . 9  |-  -u 1  e.  ZZ
4 oddprm 12915 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN )
54nnnn0d 10065 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN0 )
6 zexpcl 11165 . . . . . . . . 9  |-  ( (
-u 1  e.  ZZ  /\  ( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  NN0 )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  e.  ZZ )
73, 5, 6sylancr 644 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  e.  ZZ )
87peano2zd 10167 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  e.  ZZ )
9 eldifi 3332 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  Prime )
10 prmnn 12808 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  NN )
119, 10syl 15 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  NN )
128, 11zmodcld 11037 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P )  e.  NN0 )
1312nn0cnd 10067 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P )  e.  CC )
14 ax-1cn 8840 . . . . . 6  |-  1  e.  CC
1514a1i 10 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
1  e.  CC )
1613, 15, 15subaddd 9220 . . . 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 9860 . . . . . . . 8  |-  2  e.  RR
1817a1i 10 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  e.  RR )
1911nnrpd 10436 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  RR+ )
20 0re 8883 . . . . . . . . 9  |-  0  e.  RR
21 2pos 9873 . . . . . . . . 9  |-  0  <  2
2220, 17, 21ltleii 8986 . . . . . . . 8  |-  0  <_  2
2322a1i 10 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
0  <_  2 )
24 eldifsni 3784 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  =/=  2 )
2511nnred 9806 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  RR )
26 prmuz2 12823 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  ( ZZ>= `  2 )
)
279, 26syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
28 eluzle 10287 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  2  <_  P )
2927, 28syl 15 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  <_  P )
3018, 25, 29leltned 9015 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  <  P  <->  P  =/=  2 ) )
3124, 30mpbird 223 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  <  P )
32 modid 11040 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 2  e.  RR  /\  P  e.  RR+ )  /\  ( 0  <_  2  /\  2  <  P ) )  ->  ( 2  mod  P )  =  2 )
3318, 19, 23, 31, 32syl22anc 1183 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  mod  P
)  =  2 )
34 df-2 9849 . . . . . 6  |-  2  =  ( 1  +  1 )
3533, 34syl6eq 2364 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  mod  P
)  =  ( 1  +  1 ) )
3635eqeq1d 2324 . . . 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 2495 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  -.  P  =  2
)
38 2prm 12821 . . . . . . . . . . . 12  |-  2  e.  Prime
39 dvdsprm 12825 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( P  e.  ( ZZ>= ` 
2 )  /\  2  e.  Prime )  ->  ( P  ||  2  <->  P  = 
2 ) )
4027, 38, 39sylancl 643 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  ||  2  <->  P  =  2 ) )
4137, 40mtbird 292 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  -.  P  ||  2 )
4241adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -.  P  ||  2 )
4314a1i 10 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  1  e.  CC )
444adantr 451 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( P  -  1 )  /  2 )  e.  NN )
45 simpr 447 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -.  2  ||  ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )
46 oexpneg 12637 . . . . . . . . . . . . . . . 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 1182 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  -u ( 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
4844nnzd 10163 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( P  -  1 )  /  2 )  e.  ZZ )
49 1exp 11178 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  e.  ZZ  ->  (
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  1 )
5048, 49syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  1 )
5150negeqd 9091 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -u (
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  -u 1 )
5247, 51eqtrd 2348 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  =  -u 1 )
5352oveq1d 5915 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  =  ( -u 1  +  1 ) )
54 neg1cn 9858 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  -u 1  e.  CC
5514negidi 9160 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 1  +  -u 1 )  =  0
5614, 54, 55addcomli 9049 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( -u
1  +  1 )  =  0
5753, 56syl6eq 2364 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  =  0 )
5857oveq2d 5916 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
2  -  ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) )  =  ( 2  -  0 ) )
59 2cn 9861 . . . . . . . . . . . 12  |-  2  e.  CC
6059subid1i 9163 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 2  -  0 )  =  2
6158, 60syl6eq 2364 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  (
2  -  ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) )  =  2 )
6261breq2d 4072 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  ( P  ||  ( 2  -  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 ) )  <->  P  ||  2
) )
6342, 62mtbird 292 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  ->  -.  P  ||  ( 2  -  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 ) ) )
6463ex 423 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( -.  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
)  ->  -.  P  ||  ( 2  -  (
( -u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) ) ) )
6564con4d 97 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  ||  (
2  -  ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 ) )  ->  2  ||  ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
66 2z 10101 . . . . . . . 8  |-  2  e.  ZZ
6766a1i 10 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  e.  ZZ )
68 moddvds 12585 . . . . . . 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 1182 . . . . . 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 9926 . . . . . . . . . . 11  |-  4  e.  NN
7170nnzi 10094 . . . . . . . . . 10  |-  4  e.  ZZ
7271a1i 10 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
4  e.  ZZ )
7370nnne0i 9825 . . . . . . . . . 10  |-  4  =/=  0
7473a1i 10 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
4  =/=  0 )
75 nnm1nn0 10052 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  NN  ->  ( P  -  1 )  e.  NN0 )
7611, 75syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  -  1 )  e.  NN0 )
7776nn0zd 10162 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  -  1 )  e.  ZZ )
78 dvdsval2 12581 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 4  e.  ZZ  /\  4  =/=  0  /\  ( P  -  1 )  e.  ZZ )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <-> 
( ( P  - 
1 )  /  4
)  e.  ZZ ) )
7972, 74, 77, 78syl3anc 1182 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <-> 
( ( P  - 
1 )  /  4
)  e.  ZZ ) )
8076nn0cnd 10067 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( P  -  1 )  e.  CC )
8159a1i 10 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  e.  CC )
82 2ne0 9874 . . . . . . . . . . . 12  |-  2  =/=  0
8382a1i 10 . . . . . . . . . . 11  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
2  =/=  0 )
8480, 81, 81, 83, 83divdiv1d 9612 . . . . . . . . . 10  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  =  ( ( P  -  1 )  /  ( 2  x.  2 ) ) )
85 2t2e4 9918 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 2  x.  2 )  =  4
8685oveq2i 5911 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  -  1 )  /  ( 2  x.  2 ) )  =  ( ( P  - 
1 )  /  4
)
8784, 86syl6eq 2364 . . . . . . . . 9  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  =  ( ( P  -  1 )  /  4 ) )
8887eleq1d 2382 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 )  e.  ZZ  <->  ( ( P  -  1 )  /  4 )  e.  ZZ ) )
8979, 88bitr4d 247 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <-> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  e.  ZZ ) )
904nnzd 10163 . . . . . . . 8  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  ZZ )
91 dvdsval2 12581 . . . . . . . 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 1182 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  ||  (
( P  -  1 )  /  2 )  <-> 
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
)  e.  ZZ ) )
9389, 92bitr4d 247 . . . . . 6  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  <->  2  ||  ( ( P  -  1 )  /  2 ) ) )
9465, 69, 933imtr4d 259 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  ->  4  ||  ( P  -  1
) ) )
9554a1i 10 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  -u 1  e.  CC )
96 ax-1ne0 8851 . . . . . . . . . . . . 13  |-  1  =/=  0
9714, 96negne0i 9166 . . . . . . . . . . . 12  |-  -u 1  =/=  0
9897a1i 10 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  -u 1  =/=  0 )
9966a1i 10 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  2  e.  ZZ )
10089biimpa 470 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( (
( P  -  1 )  /  2 )  /  2 )  e.  ZZ )
101 expmulz 11195 . . . . . . . . . . 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 1183 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )  =  ( ( -u 1 ^ 2 ) ^
( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )
1034nncnd 9807 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  - 
1 )  /  2
)  e.  CC )
104103, 81, 83divcan2d 9583 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 2  x.  (
( ( P  - 
1 )  /  2
)  /  2 ) )  =  ( ( P  -  1 )  /  2 ) )
105104adantr 451 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 ) )  =  ( ( P  - 
1 )  /  2
) )
106105oveq2d 5916 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( 2  x.  ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) ) )  =  ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) ) )
107 sqneg 11211 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 1  e.  CC  ->  ( -u 1 ^ 2 )  =  ( 1 ^ 2 ) )
10814, 107ax-mp 8 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( -u
1 ^ 2 )  =  ( 1 ^ 2 )
109 sq1 11245 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( 1 ^ 2 )  =  1
110108, 109eqtri 2336 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( -u
1 ^ 2 )  =  1
111110oveq1i 5910 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
-u 1 ^ 2 ) ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  /  2 ) )  =  ( 1 ^ ( ( ( P  -  1 )  / 
2 )  /  2
) )
112 1exp 11178 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( P  - 
1 )  /  2
)  /  2 )  e.  ZZ  ->  (
1 ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  /  2 ) )  =  1 )
113100, 112syl 15 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( 1 ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 ) )  =  1 )
114111, 113syl5eq 2360 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( ( -u 1 ^ 2 ) ^ ( ( ( P  -  1 )  /  2 )  / 
2 ) )  =  1 )
115102, 106, 1143eqtr3d 2356 . . . . . . . . 9  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  =  1 )
116115oveq1d 5915 . . . . . . . 8  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  =  ( 1  +  1 ) )
117116, 34syl6reqr 2367 . . . . . . 7  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  2  =  ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 ) )
118117oveq1d 5915 . . . . . 6  |-  ( ( P  e.  ( Prime  \  { 2 } )  /\  4  ||  ( P  -  1 ) )  ->  ( 2  mod  P )  =  ( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P ) )
119118ex 423 . . . . 5  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( 4  ||  ( P  -  1 )  ->  ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
) ) )
12094, 119impbid 183 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( 2  mod 
P )  =  ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  -  1 )  / 
2 ) )  +  1 )  mod  P
)  <->  4  ||  ( P  -  1 ) ) )
12116, 36, 1203bitr2d 272 . . 3  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  +  1 )  mod  P )  -  1 )  =  1  <->  4  ||  ( P  -  1 ) ) )
122 lgsval3 20606 . . . . 5  |-  ( (
-u 1  e.  ZZ  /\  P  e.  ( Prime  \  { 2 } ) )  ->  ( -u 1  / L P )  =  ( ( ( (
-u 1 ^ (
( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod  P )  - 
1 ) )
1233, 122mpan 651 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( -u 1  / L P )  =  ( ( ( ( -u
1 ^ ( ( P  -  1 )  /  2 ) )  +  1 )  mod 
P )  -  1 ) )
124123eqeq1d 2324 . . 3  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1  / L P )  =  1  <->  ( ( ( ( -u 1 ^ ( ( P  - 
1 )  /  2
) )  +  1 )  mod  P )  -  1 )  =  1 ) )
12570a1i 10 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
4  e.  NN )
126 prmz 12809 . . . . 5  |-  ( P  e.  Prime  ->  P  e.  ZZ )
1279, 126syl 15 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  ->  P  e.  ZZ )
1281a1i 10 . . . 4  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
1  e.  ZZ )
129 moddvds 12585 . . . 4  |-  ( ( 4  e.  NN  /\  P  e.  ZZ  /\  1  e.  ZZ )  ->  (
( P  mod  4
)  =  ( 1  mod  4 )  <->  4  ||  ( P  -  1
) ) )
130125, 127, 128, 129syl3anc 1182 . . 3  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( P  mod  4 )  =  ( 1  mod  4 )  <->  4  ||  ( P  -  1 ) ) )
131121, 124, 1303bitr4d 276 . 2  |-  ( P  e.  ( Prime  \  {
2 } )  -> 
( ( -u 1  / L P )  =  1  <->  ( P  mod  4 )  =  ( 1  mod  4 ) ) )
132 1re 8882 . . . 4  |-  1  e.  RR
133 nnrp 10410 . . . . 5  |-  ( 4  e.  NN  ->  4  e.  RR+ )
13470, 133ax-mp 8 . . . 4  |-  4  e.  RR+
135 0le1 9342 . . . 4  |-  0  <_  1
136 1lt4 9938 . . . 4  |-  1  <  4
137 modid 11040 . . . 4  |-  ( ( ( 1  e.  RR  /\  4  e.  RR+ )  /\  ( 0  <_  1  /\  1  <  4
) )  ->  (
1  mod  4 )  =  1 )
138132, 134, 135, 136, 137mp4an 654 . . 3  |-  ( 1  mod  4 )  =  1
139138eqeq2i 2326 . 2  |-  ( ( P  mod  4 )  =  ( 1  mod  4 )  <->  ( P  mod  4 )  =  1 )
140131, 139syl6bb 252 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 176    /\ wa 358    = wceq 1633    e. wcel 1701    =/= wne 2479    \ cdif 3183   {csn 3674   class class class wbr 4060   ` cfv 5292  (class class class)co 5900   CCcc 8780   RRcr 8781   0cc0 8782   1c1 8783    + caddc 8785    x. cmul 8787    < clt 8912    <_ cle 8913    - cmin 9082   -ucneg 9083    / cdiv 9468   NNcn 9791   2c2 9840   4c4 9842   NN0cn0 10012   ZZcz 10071   ZZ>=cuz 10277   RR+crp 10401    mod cmo 11020   ^cexp 11151    || cdivides 12578   Primecprime 12805    / Lclgs 20586
This theorem is referenced by:  2sqlem11  20667  2sqblem  20669
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1537  ax-5 1548  ax-17 1607  ax-9 1645  ax-8 1666  ax-13 1703  ax-14 1705  ax-6 1720  ax-7 1725  ax-11 1732  ax-12 1897  ax-ext 2297  ax-rep 4168  ax-sep 4178  ax-nul 4186  ax-pow 4225  ax-pr 4251  ax-un 4549  ax-cnex 8838  ax-resscn 8839  ax-1cn 8840  ax-icn 8841  ax-addcl 8842  ax-addrcl 8843  ax-mulcl 8844  ax-mulrcl 8845  ax-mulcom 8846  ax-addass 8847  ax-mulass 8848  ax-distr 8849  ax-i2m1 8850  ax-1ne0 8851  ax-1rid 8852  ax-rnegex 8853  ax-rrecex 8854  ax-cnre 8855  ax-pre-lttri 8856  ax-pre-lttrn 8857  ax-pre-ltadd 8858  ax-pre-mulgt0 8859  ax-pre-sup 8860
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 1533  df-nf 1536  df-sb 1640  df-eu 2180  df-mo 2181  df-clab 2303  df-cleq 2309  df-clel 2312  df-nfc 2441  df-ne 2481  df-nel 2482  df-ral 2582  df-rex 2583  df-reu 2584  df-rmo 2585  df-rab 2586  df-v 2824  df-sbc 3026  df-csb 3116  df-dif 3189  df-un 3191  df-in 3193  df-ss 3200  df-pss 3202  df-nul 3490  df-if 3600  df-pw 3661  df-sn 3680  df-pr 3681  df-tp 3682  df-op 3683  df-uni 3865  df-int 3900  df-iun 3944  df-br 4061  df-opab 4115  df-mpt 4116  df-tr 4151  df-eprel 4342  df-id 4346  df-po 4351  df-so 4352  df-fr 4389  df-we 4391  df-ord 4432  df-on 4433  df-lim 4434  df-suc 4435  df-om 4694  df-xp 4732  df-rel 4733  df-cnv 4734  df-co 4735  df-dm 4736  df-rn 4737  df-res 4738  df-ima 4739  df-iota 5256  df-fun 5294  df-fn 5295  df-f 5296  df-f1 5297  df-fo 5298  df-f1o 5299  df-fv 5300  df-ov 5903  df-oprab 5904  df-mpt2 5905  df-1st 6164  df-2nd 6165  df-riota 6346  df-recs 6430  df-rdg 6465  df-1o 6521  df-2o 6522  df-oadd 6525  df-er 6702  df-map 6817  df-en 6907  df-dom 6908  df-sdom 6909  df-fin 6910  df-sup 7239  df-card 7617  df-cda 7839  df-pnf 8914  df-mnf 8915  df-xr 8916  df-ltxr 8917  df-le 8918  df-sub 9084  df-neg 9085  df-div 9469  df-nn 9792  df-2 9849  df-3 9850  df-4 9851  df-n0 10013  df-z 10072  df-uz 10278  df-q 10364  df-rp 10402  df-fz 10830  df-fzo 10918  df-fl 10972  df-mod 11021  df-seq 11094  df-exp 11152  df-hash 11385  df-cj 11631  df-re 11632  df-im 11633  df-sqr 11767  df-abs 11768  df-dvds 12579  df-gcd 12733  df-prm 12806  df-phi 12881  df-pc 12937  df-lgs 20587
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