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Theorem deg1pow

Description: Exact degree of a power of a polynomial in an integral domain. (Contributed by metakunt, 6-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses deg1pow.1 ⊢ φ → R ∈ IDomn
deg1pow.2 ⊢ φ → F ∈ Base Poly 1 ⁡ R
deg1pow.3 ⊢ φ → F ≠ 0 Poly 1 ⁡ R
deg1pow.4 ⊢ φ → A ∈ ℕ 0
deg1pow.5 ⊢ × ˙ = ⋅ mulGrp Poly 1 ⁡ R
deg1pow.6 ⊢ D = deg 1 ⁡ R
Assertion deg1pow ⊢ φ → D ⁡ A × ˙ F = A ⁢ D ⁡ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 deg1pow.1 ⊢ φ → R ∈ IDomn
2 deg1pow.2 ⊢ φ → F ∈ Base Poly 1 ⁡ R
3 deg1pow.3 ⊢ φ → F ≠ 0 Poly 1 ⁡ R
4 deg1pow.4 ⊢ φ → A ∈ ℕ 0
5 deg1pow.5 ⊢ × ˙ = ⋅ mulGrp Poly 1 ⁡ R
6 deg1pow.6 ⊢ D = deg 1 ⁡ R
7 fvoveq1 ⊢ x = 0 → D ⁡ x × ˙ F = D ⁡ 0 × ˙ F
8 oveq1 ⊢ x = 0 → x ⁢ D ⁡ F = 0 ⋅ D ⁡ F
9 7 8 eqeq12d ⊢ x = 0 → D ⁡ x × ˙ F = x ⁢ D ⁡ F ↔ D ⁡ 0 × ˙ F = 0 ⋅ D ⁡ F
10 fvoveq1 ⊢ x = y → D ⁡ x × ˙ F = D ⁡ y × ˙ F
11 oveq1 ⊢ x = y → x ⁢ D ⁡ F = y ⁢ D ⁡ F
12 10 11 eqeq12d ⊢ x = y → D ⁡ x × ˙ F = x ⁢ D ⁡ F ↔ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F
13 fvoveq1 ⊢ x = y + 1 → D ⁡ x × ˙ F = D ⁡ y + 1 × ˙ F
14 oveq1 ⊢ x = y + 1 → x ⁢ D ⁡ F = y + 1 ⁢ D ⁡ F
15 13 14 eqeq12d ⊢ x = y + 1 → D ⁡ x × ˙ F = x ⁢ D ⁡ F ↔ D ⁡ y + 1 × ˙ F = y + 1 ⁢ D ⁡ F
16 fvoveq1 ⊢ x = A → D ⁡ x × ˙ F = D ⁡ A × ˙ F
17 oveq1 ⊢ x = A → x ⁢ D ⁡ F = A ⁢ D ⁡ F
18 16 17 eqeq12d ⊢ x = A → D ⁡ x × ˙ F = x ⁢ D ⁡ F ↔ D ⁡ A × ˙ F = A ⁢ D ⁡ F
19 eqid ⊢ mulGrp Poly 1 ⁡ R = mulGrp Poly 1 ⁡ R
20 eqid ⊢ Base Poly 1 ⁡ R = Base Poly 1 ⁡ R
21 19 20 mgpbas ⊢ Base Poly 1 ⁡ R = Base mulGrp Poly 1 ⁡ R
22 eqid ⊢ 1 Poly 1 ⁡ R = 1 Poly 1 ⁡ R
23 19 22 ringidval ⊢ 1 Poly 1 ⁡ R = 0 mulGrp Poly 1 ⁡ R
24 21 23 5 mulg0 ⊢ F ∈ Base Poly 1 ⁡ R → 0 × ˙ F = 1 Poly 1 ⁡ R
25 2 24 syl ⊢ φ → 0 × ˙ F = 1 Poly 1 ⁡ R
26 25 fveq2d ⊢ φ → D ⁡ 0 × ˙ F = D ⁡ 1 Poly 1 ⁡ R
27 isidom ⊢ R ∈ IDomn ↔ R ∈ CRing ∧ R ∈ Domn
28 27 simprbi ⊢ R ∈ IDomn → R ∈ Domn
29 domnring ⊢ R ∈ Domn → R ∈ Ring
30 28 29 syl ⊢ R ∈ IDomn → R ∈ Ring
31 1 30 syl ⊢ φ → R ∈ Ring
32 eqid ⊢ Poly 1 ⁡ R = Poly 1 ⁡ R
33 eqid ⊢ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R
34 eqid ⊢ 1 R = 1 R
35 32 33 34 22 ply1scl1 ⊢ R ∈ Ring → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ 1 R = 1 Poly 1 ⁡ R
36 31 35 syl ⊢ φ → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ 1 R = 1 Poly 1 ⁡ R
37 36 eqcomd ⊢ φ → 1 Poly 1 ⁡ R = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ 1 R
38 37 fveq2d ⊢ φ → D ⁡ 1 Poly 1 ⁡ R = D ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ 1 R
39 eqid ⊢ Base R = Base R
40 39 34 ringidcl ⊢ R ∈ Ring → 1 R ∈ Base R
41 31 40 syl ⊢ φ → 1 R ∈ Base R
42 1 28 syl ⊢ φ → R ∈ Domn
43 domnnzr ⊢ R ∈ Domn → R ∈ NzRing
44 42 43 syl ⊢ φ → R ∈ NzRing
45 eqid ⊢ 0 R = 0 R
46 34 45 nzrnz ⊢ R ∈ NzRing → 1 R ≠ 0 R
47 44 46 syl ⊢ φ → 1 R ≠ 0 R
48 6 32 39 33 45 deg1scl ⊢ R ∈ Ring ∧ 1 R ∈ Base R ∧ 1 R ≠ 0 R → D ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ 1 R = 0
49 31 41 47 48 syl3anc ⊢ φ → D ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ 1 R = 0
50 38 49 eqtrd ⊢ φ → D ⁡ 1 Poly 1 ⁡ R = 0
51 26 50 eqtrd ⊢ φ → D ⁡ 0 × ˙ F = 0
52 eqid ⊢ 0 Poly 1 ⁡ R = 0 Poly 1 ⁡ R
53 6 32 52 20 deg1nn0cl ⊢ R ∈ Ring ∧ F ∈ Base Poly 1 ⁡ R ∧ F ≠ 0 Poly 1 ⁡ R → D ⁡ F ∈ ℕ 0
54 31 2 3 53 syl3anc ⊢ φ → D ⁡ F ∈ ℕ 0
55 54 nn0cnd ⊢ φ → D ⁡ F ∈ ℂ
56 55 mul02d ⊢ φ → 0 ⋅ D ⁡ F = 0
57 56 eqcomd ⊢ φ → 0 = 0 ⋅ D ⁡ F
58 51 57 eqtrd ⊢ φ → D ⁡ 0 × ˙ F = 0 ⋅ D ⁡ F
59 32 ply1idom ⊢ R ∈ IDomn → Poly 1 ⁡ R ∈ IDomn
60 1 59 syl ⊢ φ → Poly 1 ⁡ R ∈ IDomn
61 60 idomringd ⊢ φ → Poly 1 ⁡ R ∈ Ring
62 61 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → Poly 1 ⁡ R ∈ Ring
63 62 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → Poly 1 ⁡ R ∈ Ring
64 19 ringmgp ⊢ Poly 1 ⁡ R ∈ Ring → mulGrp Poly 1 ⁡ R ∈ Mnd
65 63 64 syl ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → mulGrp Poly 1 ⁡ R ∈ Mnd
66 simplr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y ∈ ℕ 0
67 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → F ∈ Base Poly 1 ⁡ R
68 eqid ⊢ + mulGrp Poly 1 ⁡ R = + mulGrp Poly 1 ⁡ R
69 21 5 68 mulgnn0p1 ⊢ mulGrp Poly 1 ⁡ R ∈ Mnd ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ F ∈ Base Poly 1 ⁡ R → y + 1 × ˙ F = y × ˙ F + mulGrp Poly 1 ⁡ R F
70 65 66 67 69 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y + 1 × ˙ F = y × ˙ F + mulGrp Poly 1 ⁡ R F
71 70 fveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y + 1 × ˙ F = D ⁡ y × ˙ F + mulGrp Poly 1 ⁡ R F
72 eqid ⊢ ⋅ Poly 1 ⁡ R = ⋅ Poly 1 ⁡ R
73 19 72 mgpplusg ⊢ ⋅ Poly 1 ⁡ R = + mulGrp Poly 1 ⁡ R
74 73 eqcomi ⊢ + mulGrp Poly 1 ⁡ R = ⋅ Poly 1 ⁡ R
75 1 idomdomd ⊢ φ → R ∈ Domn
76 75 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → R ∈ Domn
77 76 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → R ∈ Domn
78 21 5 65 66 67 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y × ˙ F ∈ Base Poly 1 ⁡ R
79 60 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → Poly 1 ⁡ R ∈ IDomn
80 79 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → Poly 1 ⁡ R ∈ IDomn
81 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → F ≠ 0 Poly 1 ⁡ R
82 80 67 81 66 5 idomnnzpownz ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y × ˙ F ≠ 0 Poly 1 ⁡ R
83 6 32 20 74 52 77 78 82 67 81 deg1mul ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y × ˙ F + mulGrp Poly 1 ⁡ R F = D ⁡ y × ˙ F + D ⁡ F
84 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F
85 84 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y × ˙ F + D ⁡ F = y ⁢ D ⁡ F + D ⁡ F
86 66 nn0cnd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y ∈ ℂ
87 55 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ F ∈ ℂ
88 86 87 adddirp1d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y + 1 ⁢ D ⁡ F = y ⁢ D ⁡ F + D ⁡ F
89 88 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → y ⁢ D ⁡ F + D ⁡ F = y + 1 ⁢ D ⁡ F
90 85 89 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y × ˙ F + D ⁡ F = y + 1 ⁢ D ⁡ F
91 83 90 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y × ˙ F + mulGrp Poly 1 ⁡ R F = y + 1 ⁢ D ⁡ F
92 71 91 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ y × ˙ F = y ⁢ D ⁡ F → D ⁡ y + 1 × ˙ F = y + 1 ⁢ D ⁡ F
93 9 12 15 18 58 92 nn0indd ⊢ φ ∧ A ∈ ℕ 0 → D ⁡ A × ˙ F = A ⁢ D ⁡ F
94 93 ex ⊢ φ → A ∈ ℕ 0 → D ⁡ A × ˙ F = A ⁢ D ⁡ F
95 4 94 mpd ⊢ φ → D ⁡ A × ˙ F = A ⁢ D ⁡ F