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Theorem aks6d1c1p3

Description: In a field with a Frobenius isomorphism (read: algebraic closure or finite field), N and linear factors are introspective. (Contributed by metakunt, 25-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses aks6d1c1p3.1 ˙ = e f | e f B y V PrimRoots R e × ˙ O f y = O f e × ˙ y
aks6d1c1p3.2 S = Poly 1 K
aks6d1c1p3.3 B = Base S
aks6d1c1p3.4 X = var 1 K
aks6d1c1p3.5 W = mulGrp S
aks6d1c1p3.6 V = mulGrp K
aks6d1c1p3.7 × ˙ = V
aks6d1c1p3.8 C = algSc S
aks6d1c1p3.9 D = W
aks6d1c1p3.10 P = chr K
aks6d1c1p3.11 O = eval 1 K
aks6d1c1p3.12 + ˙ = + S
aks6d1c1p3.13 φ K Field
aks6d1c1p3.14 φ P
aks6d1c1p3.15 φ R
aks6d1c1p3.16 φ N gcd R = 1
aks6d1c1p3.17 φ P N
aks6d1c1p3.18 F = X + ˙ C ℤRHom K A
aks6d1c1p3.19 φ A
aks6d1c1p3.20 φ N ˙ F
aks6d1c1p3.21 φ x Base K P × ˙ x K RingIso K
Assertion aks6d1c1p3 φ N P ˙ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 aks6d1c1p3.1 ˙ = e f | e f B y V PrimRoots R e × ˙ O f y = O f e × ˙ y
2 aks6d1c1p3.2 S = Poly 1 K
3 aks6d1c1p3.3 B = Base S
4 aks6d1c1p3.4 X = var 1 K
5 aks6d1c1p3.5 W = mulGrp S
6 aks6d1c1p3.6 V = mulGrp K
7 aks6d1c1p3.7 × ˙ = V
8 aks6d1c1p3.8 C = algSc S
9 aks6d1c1p3.9 D = W
10 aks6d1c1p3.10 P = chr K
11 aks6d1c1p3.11 O = eval 1 K
12 aks6d1c1p3.12 + ˙ = + S
13 aks6d1c1p3.13 φ K Field
14 aks6d1c1p3.14 φ P
15 aks6d1c1p3.15 φ R
16 aks6d1c1p3.16 φ N gcd R = 1
17 aks6d1c1p3.17 φ P N
18 aks6d1c1p3.18 F = X + ˙ C ℤRHom K A
19 aks6d1c1p3.19 φ A
20 aks6d1c1p3.20 φ N ˙ F
21 aks6d1c1p3.21 φ x Base K P × ˙ x K RingIso K
22 18 a1i φ y V PrimRoots R F = X + ˙ C ℤRHom K A
23 22 fveq2d φ y V PrimRoots R O F = O X + ˙ C ℤRHom K A
24 23 fveq1d φ y V PrimRoots R O F N P × ˙ y = O X + ˙ C ℤRHom K A N P × ˙ y
25 eqid Base K = Base K
26 13 fldcrngd φ K CRing
27 26 adantr φ y V PrimRoots R K CRing
28 eqid Base V = Base V
29 6 crngmgp K CRing V CMnd
30 26 29 syl φ V CMnd
31 30 cmnmndd φ V Mnd
32 31 adantr φ y V PrimRoots R V Mnd
33 1 20 aks6d1c1p1rcl φ N F B
34 33 simpld φ N
35 prmnn P P
36 14 35 syl φ P
37 nndivdvds N P P N N P
38 34 36 37 syl2anc φ P N N P
39 17 38 mpbid φ N P
40 39 nnnn0d φ N P 0
41 40 adantr φ y V PrimRoots R N P 0
42 15 nnnn0d φ R 0
43 30 42 7 isprimroot φ y V PrimRoots R y Base V R × ˙ y = 0 V l 0 l × ˙ y = 0 V R l
44 43 biimpd φ y V PrimRoots R y Base V R × ˙ y = 0 V l 0 l × ˙ y = 0 V R l
45 44 imp φ y V PrimRoots R y Base V R × ˙ y = 0 V l 0 l × ˙ y = 0 V R l
46 45 simp1d φ y V PrimRoots R y Base V
47 28 7 32 41 46 mulgnn0cld φ y V PrimRoots R N P × ˙ y Base V
48 6 25 mgpbas Base K = Base V
49 48 eqcomi Base V = Base K
50 49 a1i φ Base V = Base K
51 50 adantr φ y V PrimRoots R Base V = Base K
52 47 51 eleqtrd φ y V PrimRoots R N P × ˙ y Base K
53 11 4 25 2 3 27 52 evl1vard φ y V PrimRoots R X B O X N P × ˙ y = N P × ˙ y
54 26 crngringd φ K Ring
55 eqid ℤRHom K = ℤRHom K
56 55 zrhrhm K Ring ℤRHom K ring RingHom K
57 rhmghm ℤRHom K ring RingHom K ℤRHom K ring GrpHom K
58 zringbas = Base ring
59 58 25 ghmf ℤRHom K ring GrpHom K ℤRHom K : Base K
60 54 56 57 59 4syl φ ℤRHom K : Base K
61 60 19 ffvelcdmd φ ℤRHom K A Base K
62 61 adantr φ y V PrimRoots R ℤRHom K A Base K
63 11 2 25 8 3 27 62 52 evl1scad φ y V PrimRoots R C ℤRHom K A B O C ℤRHom K A N P × ˙ y = ℤRHom K A
64 eqid + K = + K
65 11 2 25 3 27 52 53 63 12 64 evl1addd φ y V PrimRoots R X + ˙ C ℤRHom K A B O X + ˙ C ℤRHom K A N P × ˙ y = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
66 65 simprd φ y V PrimRoots R O X + ˙ C ℤRHom K A N P × ˙ y = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
67 24 66 eqtrd φ y V PrimRoots R O F N P × ˙ y = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
68 23 fveq1d φ y V PrimRoots R O F y = O X + ˙ C ℤRHom K A y
69 68 oveq2d φ y V PrimRoots R N P × ˙ O F y = N P × ˙ O X + ˙ C ℤRHom K A y
70 51 eleq2d φ y V PrimRoots R y Base V y Base K
71 46 70 mpbid φ y V PrimRoots R y Base K
72 11 4 49 2 3 27 46 evl1vard φ y V PrimRoots R X B O X y = y
73 11 2 25 8 3 27 62 71 evl1scad φ y V PrimRoots R C ℤRHom K A B O C ℤRHom K A y = ℤRHom K A
74 11 2 25 3 27 71 72 73 12 64 evl1addd φ y V PrimRoots R X + ˙ C ℤRHom K A B O X + ˙ C ℤRHom K A y = y + K ℤRHom K A
75 74 simprd φ y V PrimRoots R O X + ˙ C ℤRHom K A y = y + K ℤRHom K A
76 75 oveq2d φ y V PrimRoots R N P × ˙ O X + ˙ C ℤRHom K A y = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
77 69 76 eqtrd φ y V PrimRoots R N P × ˙ O F y = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
78 25 25 isrim x Base K P × ˙ x K RingIso K x Base K P × ˙ x K RingHom K x Base K P × ˙ x : Base K 1-1 onto Base K
79 21 78 sylib φ x Base K P × ˙ x K RingHom K x Base K P × ˙ x : Base K 1-1 onto Base K
80 79 simprd φ x Base K P × ˙ x : Base K 1-1 onto Base K
81 80 adantr φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x : Base K 1-1 onto Base K
82 27 crnggrpd φ y V PrimRoots R K Grp
83 25 64 82 52 62 grpcld φ y V PrimRoots R N P × ˙ y + K ℤRHom K A Base K
84 f1ocnvfv1 x Base K P × ˙ x : Base K 1-1 onto Base K N P × ˙ y + K ℤRHom K A Base K x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
85 81 83 84 syl2anc φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
86 85 eqcomd φ y V PrimRoots R N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A
87 eqidd φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x = x Base K P × ˙ x
88 id x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
89 88 adantl φ y V PrimRoots R x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
90 89 oveq2d φ y V PrimRoots R x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A P × ˙ x = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
91 eqid mulGrp K = mulGrp K
92 91 25 mgpbas Base K = Base mulGrp K
93 6 fveq2i V = mulGrp K
94 7 93 eqtri × ˙ = mulGrp K
95 91 ringmgp K Ring mulGrp K Mnd
96 54 95 syl φ mulGrp K Mnd
97 96 adantr φ y V PrimRoots R mulGrp K Mnd
98 36 nnnn0d φ P 0
99 98 adantr φ y V PrimRoots R P 0
100 92 94 97 99 83 mulgnn0cld φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A Base K
101 87 90 83 100 fvmptd φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
102 101 eqcomd φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A
103 79 simpld φ x Base K P × ˙ x K RingHom K
104 rhmghm x Base K P × ˙ x K RingHom K x Base K P × ˙ x K GrpHom K
105 103 104 syl φ x Base K P × ˙ x K GrpHom K
106 105 adantr φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x K GrpHom K
107 25 64 64 ghmlin x Base K P × ˙ x K GrpHom K N P × ˙ y Base K ℤRHom K A Base K x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K x Base K P × ˙ x ℤRHom K A
108 106 52 62 107 syl3anc φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K x Base K P × ˙ x ℤRHom K A
109 id x = N P × ˙ y x = N P × ˙ y
110 109 adantl φ y V PrimRoots R x = N P × ˙ y x = N P × ˙ y
111 110 oveq2d φ y V PrimRoots R x = N P × ˙ y P × ˙ x = P × ˙ N P × ˙ y
112 92 94 97 99 52 mulgnn0cld φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y Base K
113 87 111 52 112 fvmptd φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x N P × ˙ y = P × ˙ N P × ˙ y
114 id x = ℤRHom K A x = ℤRHom K A
115 114 oveq2d x = ℤRHom K A P × ˙ x = P × ˙ ℤRHom K A
116 115 adantl φ y V PrimRoots R x = ℤRHom K A P × ˙ x = P × ˙ ℤRHom K A
117 eqid ℤRHom K A = ℤRHom K A
118 10 25 94 117 14 19 26 fermltlchr φ P × ˙ ℤRHom K A = ℤRHom K A
119 118 eqcomd φ ℤRHom K A = P × ˙ ℤRHom K A
120 119 adantr φ y V PrimRoots R ℤRHom K A = P × ˙ ℤRHom K A
121 120 62 eqeltrrd φ y V PrimRoots R P × ˙ ℤRHom K A Base K
122 87 116 62 121 fvmptd φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x ℤRHom K A = P × ˙ ℤRHom K A
123 113 122 oveq12d φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K x Base K P × ˙ x ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A
124 102 108 123 3eqtrd φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A
125 34 nncnd φ N
126 125 adantr φ y V PrimRoots R N
127 36 nncnd φ P
128 127 adantr φ y V PrimRoots R P
129 36 nnne0d φ P 0
130 129 adantr φ y V PrimRoots R P 0
131 126 128 130 divcan2d φ y V PrimRoots R P N P = N
132 131 oveq1d φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N × ˙ y + K ℤRHom K A
133 68 oveq2d φ y V PrimRoots R N × ˙ O F y = N × ˙ O X + ˙ C ℤRHom K A y
134 75 oveq2d φ y V PrimRoots R N × ˙ O X + ˙ C ℤRHom K A y = N × ˙ y + K ℤRHom K A
135 133 134 eqtrd φ y V PrimRoots R N × ˙ O F y = N × ˙ y + K ℤRHom K A
136 135 eqcomd φ y V PrimRoots R N × ˙ y + K ℤRHom K A = N × ˙ O F y
137 fveq2 z = y O F z = O F y
138 137 oveq2d z = y N × ˙ O F z = N × ˙ O F y
139 oveq2 z = y N × ˙ z = N × ˙ y
140 139 fveq2d z = y O F N × ˙ z = O F N × ˙ y
141 138 140 eqeq12d z = y N × ˙ O F z = O F N × ˙ z N × ˙ O F y = O F N × ˙ y
142 2 ply1crng K CRing S CRing
143 26 142 syl φ S CRing
144 143 crnggrpd φ S Grp
145 4 2 3 vr1cl K Ring X B
146 54 145 syl φ X B
147 2 8 25 3 ply1sclcl K Ring ℤRHom K A Base K C ℤRHom K A B
148 54 61 147 syl2anc φ C ℤRHom K A B
149 144 146 148 3jca φ S Grp X B C ℤRHom K A B
150 3 12 grpcl S Grp X B C ℤRHom K A B X + ˙ C ℤRHom K A B
151 149 150 syl φ X + ˙ C ℤRHom K A B
152 18 a1i φ F = X + ˙ C ℤRHom K A
153 152 eleq1d φ F B X + ˙ C ℤRHom K A B
154 151 153 mpbird φ F B
155 1 154 34 aks6d1c1p1 φ N ˙ F y V PrimRoots R N × ˙ O F y = O F N × ˙ y
156 20 155 mpbid φ y V PrimRoots R N × ˙ O F y = O F N × ˙ y
157 fveq2 y = z O F y = O F z
158 157 oveq2d y = z N × ˙ O F y = N × ˙ O F z
159 oveq2 y = z N × ˙ y = N × ˙ z
160 159 fveq2d y = z O F N × ˙ y = O F N × ˙ z
161 158 160 eqeq12d y = z N × ˙ O F y = O F N × ˙ y N × ˙ O F z = O F N × ˙ z
162 161 cbvralvw y V PrimRoots R N × ˙ O F y = O F N × ˙ y z V PrimRoots R N × ˙ O F z = O F N × ˙ z
163 156 162 sylib φ z V PrimRoots R N × ˙ O F z = O F N × ˙ z
164 163 adantr φ y V PrimRoots R z V PrimRoots R N × ˙ O F z = O F N × ˙ z
165 simpr φ y V PrimRoots R y V PrimRoots R
166 141 164 165 rspcdva φ y V PrimRoots R N × ˙ O F y = O F N × ˙ y
167 23 fveq1d φ y V PrimRoots R O F N × ˙ y = O X + ˙ C ℤRHom K A N × ˙ y
168 34 nnnn0d φ N 0
169 168 adantr φ y V PrimRoots R N 0
170 28 7 32 169 46 mulgnn0cld φ y V PrimRoots R N × ˙ y Base V
171 170 51 eleqtrd φ y V PrimRoots R N × ˙ y Base K
172 146 adantr φ y V PrimRoots R X B
173 11 4 25 2 3 27 171 evl1vard φ y V PrimRoots R X B O X N × ˙ y = N × ˙ y
174 173 simprd φ y V PrimRoots R O X N × ˙ y = N × ˙ y
175 172 174 jca φ y V PrimRoots R X B O X N × ˙ y = N × ˙ y
176 148 adantr φ y V PrimRoots R C ℤRHom K A B
177 11 2 25 8 3 27 62 171 evl1scad φ y V PrimRoots R C ℤRHom K A B O C ℤRHom K A N × ˙ y = ℤRHom K A
178 177 simprd φ y V PrimRoots R O C ℤRHom K A N × ˙ y = ℤRHom K A
179 176 178 jca φ y V PrimRoots R C ℤRHom K A B O C ℤRHom K A N × ˙ y = ℤRHom K A
180 11 2 25 3 27 171 175 179 12 64 evl1addd φ y V PrimRoots R X + ˙ C ℤRHom K A B O X + ˙ C ℤRHom K A N × ˙ y = N × ˙ y + K ℤRHom K A
181 180 simprd φ y V PrimRoots R O X + ˙ C ℤRHom K A N × ˙ y = N × ˙ y + K ℤRHom K A
182 167 181 eqtrd φ y V PrimRoots R O F N × ˙ y = N × ˙ y + K ℤRHom K A
183 166 182 eqtrd φ y V PrimRoots R N × ˙ O F y = N × ˙ y + K ℤRHom K A
184 136 183 eqtrd φ y V PrimRoots R N × ˙ y + K ℤRHom K A = N × ˙ y + K ℤRHom K A
185 132 184 eqtrd φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N × ˙ y + K ℤRHom K A
186 131 eqcomd φ y V PrimRoots R N = P N P
187 186 oveq1d φ y V PrimRoots R N × ˙ y = P N P × ˙ y
188 187 120 oveq12d φ y V PrimRoots R N × ˙ y + K ℤRHom K A = P N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A
189 185 188 eqtr2d φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A = P N P × ˙ y + K ℤRHom K A
190 71 92 eleqtrdi φ y V PrimRoots R y Base mulGrp K
191 99 41 190 3jca φ y V PrimRoots R P 0 N P 0 y Base mulGrp K
192 eqid Base mulGrp K = Base mulGrp K
193 192 94 mulgnn0ass mulGrp K Mnd P 0 N P 0 y Base mulGrp K P N P × ˙ y = P × ˙ N P × ˙ y
194 97 191 193 syl2anc φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y = P × ˙ N P × ˙ y
195 194 oveq1d φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A
196 189 195 eqtr3d φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A
197 25 64 82 71 62 grpcld φ y V PrimRoots R y + K ℤRHom K A Base K
198 197 92 eleqtrdi φ y V PrimRoots R y + K ℤRHom K A Base mulGrp K
199 99 41 198 3jca φ y V PrimRoots R P 0 N P 0 y + K ℤRHom K A Base mulGrp K
200 192 94 mulgnn0ass mulGrp K Mnd P 0 N P 0 y + K ℤRHom K A Base mulGrp K P N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
201 97 199 200 syl2anc φ y V PrimRoots R P N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
202 196 201 eqtr3d φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K P × ˙ ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
203 124 202 eqtrd φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
204 id x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
205 204 oveq2d x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A P × ˙ x = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
206 205 adantl φ y V PrimRoots R x = N P × ˙ y + K ℤRHom K A P × ˙ x = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
207 92 94 97 41 197 mulgnn0cld φ y V PrimRoots R N P × ˙ y + K ℤRHom K A Base K
208 203 100 eqeltrrd φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A Base K
209 87 206 207 208 fvmptd φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A
210 209 eqcomd φ y V PrimRoots R P × ˙ N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A
211 101 203 210 3eqtrd φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A
212 211 fveq2d φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A
213 f1ocnvfv1 x Base K P × ˙ x : Base K 1-1 onto Base K N P × ˙ y + K ℤRHom K A Base K x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
214 81 207 213 syl2anc φ y V PrimRoots R x Base K P × ˙ x -1 x Base K P × ˙ x N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
215 86 212 214 3eqtrd φ y V PrimRoots R N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
216 215 eqcomd φ y V PrimRoots R N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ y + K ℤRHom K A
217 77 216 eqtr2d φ y V PrimRoots R N P × ˙ y + K ℤRHom K A = N P × ˙ O F y
218 67 217 eqtrd φ y V PrimRoots R O F N P × ˙ y = N P × ˙ O F y
219 218 eqcomd φ y V PrimRoots R N P × ˙ O F y = O F N P × ˙ y
220 219 ralrimiva φ y V PrimRoots R N P × ˙ O F y = O F N P × ˙ y
221 1 154 39 aks6d1c1p1 φ N P ˙ F y V PrimRoots R N P × ˙ O F y = O F N P × ˙ y
222 220 221 mpbird φ N P ˙ F