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Theorem aks6d1c1p4

Description: The product of polynomials is introspective. (Contributed by metakunt, 25-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses aks6d1c1p4.1 ⊢ ∼ ˙ = e f | e ∈ ℕ ∧ f ∈ B ∧ ∀ y ∈ V PrimRoots R e × ˙ O ⁡ f ⁡ y = O ⁡ f ⁡ e × ˙ y
aks6d1c1p4.2 ⊢ S = Poly 1 ⁡ K
aks6d1c1p4.3 ⊢ B = Base S
aks6d1c1p4.4 ⊢ X = var 1 ⁡ K
aks6d1c1p4.5 ⊢ W = mulGrp S
aks6d1c1p4.6 ⊢ V = mulGrp K
aks6d1c1p4.7 ⊢ × ˙ = ⋅ V
aks6d1c1p4.8 ⊢ C = algSc ⁡ S
aks6d1c1p4.9 ⊢ D = ⋅ W
aks6d1c1p4.10 ⊢ P = chr ⁡ K
aks6d1c1p4.11 ⊢ O = eval 1 ⁡ K
aks6d1c1p4.12 ⊢ + ˙ = + S
aks6d1c1p4.13 ⊢ φ → K ∈ Field
aks6d1c1p4.14 ⊢ φ → P ∈ ℙ
aks6d1c1p4.15 ⊢ φ → R ∈ ℕ
aks6d1c1p4.16 ⊢ φ → N gcd R = 1
aks6d1c1p4.17 ⊢ φ → P ∥ N
aks6d1c1p4.18 ⊢ φ → E ∼ ˙ F
aks6d1c1p4.19 ⊢ φ → E ∼ ˙ G
Assertion aks6d1c1p4 ⊢ φ → E ∼ ˙ F + W G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 aks6d1c1p4.1 ⊢ ∼ ˙ = e f | e ∈ ℕ ∧ f ∈ B ∧ ∀ y ∈ V PrimRoots R e × ˙ O ⁡ f ⁡ y = O ⁡ f ⁡ e × ˙ y
2 aks6d1c1p4.2 ⊢ S = Poly 1 ⁡ K
3 aks6d1c1p4.3 ⊢ B = Base S
4 aks6d1c1p4.4 ⊢ X = var 1 ⁡ K
5 aks6d1c1p4.5 ⊢ W = mulGrp S
6 aks6d1c1p4.6 ⊢ V = mulGrp K
7 aks6d1c1p4.7 ⊢ × ˙ = ⋅ V
8 aks6d1c1p4.8 ⊢ C = algSc ⁡ S
9 aks6d1c1p4.9 ⊢ D = ⋅ W
10 aks6d1c1p4.10 ⊢ P = chr ⁡ K
11 aks6d1c1p4.11 ⊢ O = eval 1 ⁡ K
12 aks6d1c1p4.12 ⊢ + ˙ = + S
13 aks6d1c1p4.13 ⊢ φ → K ∈ Field
14 aks6d1c1p4.14 ⊢ φ → P ∈ ℙ
15 aks6d1c1p4.15 ⊢ φ → R ∈ ℕ
16 aks6d1c1p4.16 ⊢ φ → N gcd R = 1
17 aks6d1c1p4.17 ⊢ φ → P ∥ N
18 aks6d1c1p4.18 ⊢ φ → E ∼ ˙ F
19 aks6d1c1p4.19 ⊢ φ → E ∼ ˙ G
20 eqid ⊢ Base K = Base K
21 13 fldcrngd ⊢ φ → K ∈ CRing
22 21 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → K ∈ CRing
23 6 20 mgpbas ⊢ Base K = Base V
24 6 crngmgp ⊢ K ∈ CRing → V ∈ CMnd
25 21 24 syl ⊢ φ → V ∈ CMnd
26 25 cmnmndd ⊢ φ → V ∈ Mnd
27 26 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → V ∈ Mnd
28 1 18 aks6d1c1p1rcl ⊢ φ → E ∈ ℕ ∧ F ∈ B
29 28 simpld ⊢ φ → E ∈ ℕ
30 29 nnnn0d ⊢ φ → E ∈ ℕ 0
31 30 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E ∈ ℕ 0
32 15 nnnn0d ⊢ φ → R ∈ ℕ 0
33 eqid ⊢ ⋅ V = ⋅ V
34 25 32 33 isprimroot ⊢ φ → y ∈ V PrimRoots R ↔ y ∈ Base V ∧ R ⋅ V y = 0 V ∧ ∀ l ∈ ℕ 0 l ⋅ V y = 0 V → R ∥ l
35 34 biimpd ⊢ φ → y ∈ V PrimRoots R → y ∈ Base V ∧ R ⋅ V y = 0 V ∧ ∀ l ∈ ℕ 0 l ⋅ V y = 0 V → R ∥ l
36 35 imp ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → y ∈ Base V ∧ R ⋅ V y = 0 V ∧ ∀ l ∈ ℕ 0 l ⋅ V y = 0 V → R ∥ l
37 36 simp1d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → y ∈ Base V
38 37 23 eleqtrrdi ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → y ∈ Base K
39 23 7 27 31 38 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ y ∈ Base K
40 28 simprd ⊢ φ → F ∈ B
41 40 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → F ∈ B
42 eqidd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ E × ˙ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
43 41 42 jca ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → F ∈ B ∧ O ⁡ F ⁡ E × ˙ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
44 1 19 aks6d1c1p1rcl ⊢ φ → E ∈ ℕ ∧ G ∈ B
45 44 simprd ⊢ φ → G ∈ B
46 45 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → G ∈ B
47 eqidd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ G ⁡ E × ˙ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
48 46 47 jca ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → G ∈ B ∧ O ⁡ G ⁡ E × ˙ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
49 eqid ⊢ ⋅ S = ⋅ S
50 5 49 mgpplusg ⊢ ⋅ S = + W
51 50 eqcomi ⊢ + W = ⋅ S
52 eqid ⊢ ⋅ K = ⋅ K
53 11 2 20 3 22 39 43 48 51 52 evl1muld ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → F + W G ∈ B ∧ O ⁡ F + W G ⁡ E × ˙ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
54 53 simprd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F + W G ⁡ E × ˙ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
55 25 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → V ∈ CMnd
56 11 2 20 3 22 38 41 fveval1fvcl ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ y ∈ Base K
57 6 eqcomi ⊢ mulGrp K = V
58 57 fveq2i ⊢ Base mulGrp K = Base V
59 23 58 eqtr4i ⊢ Base K = Base mulGrp K
60 59 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → Base K = Base mulGrp K
61 60 eleq2d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ y ∈ Base K ↔ O ⁡ F ⁡ y ∈ Base mulGrp K
62 56 61 mpbid ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ y ∈ Base mulGrp K
63 11 2 20 3 22 38 46 fveval1fvcl ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ G ⁡ y ∈ Base K
64 60 eleq2d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ G ⁡ y ∈ Base K ↔ O ⁡ G ⁡ y ∈ Base mulGrp K
65 63 64 mpbid ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ G ⁡ y ∈ Base mulGrp K
66 31 62 65 3jca ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E ∈ ℕ 0 ∧ O ⁡ F ⁡ y ∈ Base mulGrp K ∧ O ⁡ G ⁡ y ∈ Base mulGrp K
67 57 fveq2i ⊢ + mulGrp K = + V
68 58 7 67 mulgnn0di ⊢ V ∈ CMnd ∧ E ∈ ℕ 0 ∧ O ⁡ F ⁡ y ∈ Base mulGrp K ∧ O ⁡ G ⁡ y ∈ Base mulGrp K → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K O ⁡ G ⁡ y = E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K E × ˙ O ⁡ G ⁡ y
69 55 66 68 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K O ⁡ G ⁡ y = E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K E × ˙ O ⁡ G ⁡ y
70 6 52 mgpplusg ⊢ ⋅ K = + V
71 6 fveq2i ⊢ + V = + mulGrp K
72 70 71 eqtri ⊢ ⋅ K = + mulGrp K
73 72 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → ⋅ K = + mulGrp K
74 73 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → + mulGrp K = ⋅ K
75 fveq2 ⊢ z = y → O ⁡ F ⁡ z = O ⁡ F ⁡ y
76 75 oveq2d ⊢ z = y → E × ˙ O ⁡ F ⁡ z = E × ˙ O ⁡ F ⁡ y
77 oveq2 ⊢ z = y → E × ˙ z = E × ˙ y
78 77 fveq2d ⊢ z = y → O ⁡ F ⁡ E × ˙ z = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
79 76 78 eqeq12d ⊢ z = y → E × ˙ O ⁡ F ⁡ z = O ⁡ F ⁡ E × ˙ z ↔ E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
80 1 40 29 aks6d1c1p1 ⊢ φ → E ∼ ˙ F ↔ ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
81 18 80 mpbid ⊢ φ → ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
82 fveq2 ⊢ y = z → O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ z
83 82 oveq2d ⊢ y = z → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = E × ˙ O ⁡ F ⁡ z
84 oveq2 ⊢ y = z → E × ˙ y = E × ˙ z
85 84 fveq2d ⊢ y = z → O ⁡ F ⁡ E × ˙ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ z
86 83 85 eqeq12d ⊢ y = z → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ↔ E × ˙ O ⁡ F ⁡ z = O ⁡ F ⁡ E × ˙ z
87 86 cbvralvw ⊢ ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ↔ ∀ z ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F ⁡ z = O ⁡ F ⁡ E × ˙ z
88 81 87 sylib ⊢ φ → ∀ z ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F ⁡ z = O ⁡ F ⁡ E × ˙ z
89 88 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → ∀ z ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F ⁡ z = O ⁡ F ⁡ E × ˙ z
90 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → y ∈ V PrimRoots R
91 79 89 90 rspcdva ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y
92 fveq2 ⊢ z = y → O ⁡ G ⁡ z = O ⁡ G ⁡ y
93 92 oveq2d ⊢ z = y → E × ˙ O ⁡ G ⁡ z = E × ˙ O ⁡ G ⁡ y
94 77 fveq2d ⊢ z = y → O ⁡ G ⁡ E × ˙ z = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
95 93 94 eqeq12d ⊢ z = y → E × ˙ O ⁡ G ⁡ z = O ⁡ G ⁡ E × ˙ z ↔ E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
96 1 45 29 aks6d1c1p1 ⊢ φ → E ∼ ˙ G ↔ ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
97 19 96 mpbid ⊢ φ → ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
98 fveq2 ⊢ y = z → O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ z
99 98 oveq2d ⊢ y = z → E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = E × ˙ O ⁡ G ⁡ z
100 84 fveq2d ⊢ y = z → O ⁡ G ⁡ E × ˙ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ z
101 99 100 eqeq12d ⊢ y = z → E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y ↔ E × ˙ O ⁡ G ⁡ z = O ⁡ G ⁡ E × ˙ z
102 101 cbvralvw ⊢ ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y ↔ ∀ z ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ G ⁡ z = O ⁡ G ⁡ E × ˙ z
103 97 102 sylib ⊢ φ → ∀ z ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ G ⁡ z = O ⁡ G ⁡ E × ˙ z
104 103 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → ∀ z ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ G ⁡ z = O ⁡ G ⁡ E × ˙ z
105 95 104 90 rspcdva ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
106 74 91 105 oveq123d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K E × ˙ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ E × ˙ y
107 69 106 eqtr2d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ E × ˙ y = E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K O ⁡ G ⁡ y
108 72 eqcomi ⊢ + mulGrp K = ⋅ K
109 108 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → + mulGrp K = ⋅ K
110 109 oveqd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y
111 110 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y + mulGrp K O ⁡ G ⁡ y = E × ˙ O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y
112 107 111 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ E × ˙ y = E × ˙ O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y
113 eqidd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ y
114 41 113 jca ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → F ∈ B ∧ O ⁡ F ⁡ y = O ⁡ F ⁡ y
115 eqidd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ y
116 46 115 jca ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → G ∈ B ∧ O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ G ⁡ y
117 11 2 20 3 22 38 114 116 51 52 evl1muld ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → F + W G ∈ B ∧ O ⁡ F + W G ⁡ y = O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y
118 117 simprd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F + W G ⁡ y = O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y
119 118 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y = O ⁡ F + W G ⁡ y
120 119 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ F ⁡ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ y = E × ˙ O ⁡ F + W G ⁡ y
121 112 120 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F ⁡ E × ˙ y ⋅ K O ⁡ G ⁡ E × ˙ y = E × ˙ O ⁡ F + W G ⁡ y
122 54 121 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → O ⁡ F + W G ⁡ E × ˙ y = E × ˙ O ⁡ F + W G ⁡ y
123 122 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ V PrimRoots R → E × ˙ O ⁡ F + W G ⁡ y = O ⁡ F + W G ⁡ E × ˙ y
124 123 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F + W G ⁡ y = O ⁡ F + W G ⁡ E × ˙ y
125 2 ply1crng ⊢ K ∈ CRing → S ∈ CRing
126 21 125 syl ⊢ φ → S ∈ CRing
127 126 crngringd ⊢ φ → S ∈ Ring
128 3 51 127 40 45 ringcld ⊢ φ → F + W G ∈ B
129 1 128 29 aks6d1c1p1 ⊢ φ → E ∼ ˙ F + W G ↔ ∀ y ∈ V PrimRoots R E × ˙ O ⁡ F + W G ⁡ y = O ⁡ F + W G ⁡ E × ˙ y
130 124 129 mpbird ⊢ φ → E ∼ ˙ F + W G