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Theorem evl1deg2

Description: Evaluation of a univariate polynomial of degree 2. (Contributed by Thierry Arnoux, 22-Jun-2025)

Ref Expression
Hypotheses evl1deg1.1 P = Poly 1 R
evl1deg1.2 O = eval 1 R
evl1deg1.3 K = Base R
evl1deg1.4 U = Base P
evl1deg1.5 · ˙ = R
evl1deg1.6 + ˙ = + R
evl1deg2.p × ˙ = mulGrp R
evl1deg2.f F = coe 1 M
evl1deg2.e E = deg 1 R
evl1deg2.a A = F 2
evl1deg2.b B = F 1
evl1deg2.c C = F 0
evl1deg2.r φ R CRing
evl1deg2.m φ M U
evl1deg2.1 φ E M = 2
evl1deg2.x φ X K
Assertion evl1deg2 φ O M X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ B · ˙ X + ˙ C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 evl1deg1.1 P = Poly 1 R
2 evl1deg1.2 O = eval 1 R
3 evl1deg1.3 K = Base R
4 evl1deg1.4 U = Base P
5 evl1deg1.5 · ˙ = R
6 evl1deg1.6 + ˙ = + R
7 evl1deg2.p × ˙ = mulGrp R
8 evl1deg2.f F = coe 1 M
9 evl1deg2.e E = deg 1 R
10 evl1deg2.a A = F 2
11 evl1deg2.b B = F 1
12 evl1deg2.c C = F 0
13 evl1deg2.r φ R CRing
14 evl1deg2.m φ M U
15 evl1deg2.1 φ E M = 2
16 evl1deg2.x φ X K
17 oveq2 x = X k × ˙ x = k × ˙ X
18 17 oveq2d x = X F k · ˙ k × ˙ x = F k · ˙ k × ˙ X
19 18 mpteq2dv x = X k 0 F k · ˙ k × ˙ x = k 0 F k · ˙ k × ˙ X
20 19 oveq2d x = X R k 0 F k · ˙ k × ˙ x = R k 0 F k · ˙ k × ˙ X
21 2 1 3 4 13 14 5 7 8 evl1fpws φ O M = x K R k 0 F k · ˙ k × ˙ x
22 ovexd φ R k 0 F k · ˙ k × ˙ X V
23 20 21 16 22 fvmptd4 φ O M X = R k 0 F k · ˙ k × ˙ X
24 eqid 0 R = 0 R
25 13 crngringd φ R Ring
26 25 ringcmnd φ R CMnd
27 nn0ex 0 V
28 27 a1i φ 0 V
29 25 adantr φ k 0 R Ring
30 8 4 1 3 coe1fvalcl M U k 0 F k K
31 14 30 sylan φ k 0 F k K
32 eqid mulGrp R = mulGrp R
33 32 3 mgpbas K = Base mulGrp R
34 32 ringmgp R Ring mulGrp R Mnd
35 25 34 syl φ mulGrp R Mnd
36 35 adantr φ k 0 mulGrp R Mnd
37 simpr φ k 0 k 0
38 16 adantr φ k 0 X K
39 33 7 36 37 38 mulgnn0cld φ k 0 k × ˙ X K
40 3 5 29 31 39 ringcld φ k 0 F k · ˙ k × ˙ X K
41 fvexd φ 0 R V
42 fveq2 k = j F k = F j
43 oveq1 k = j k × ˙ X = j × ˙ X
44 42 43 oveq12d k = j F k · ˙ k × ˙ X = F j · ˙ j × ˙ X
45 breq1 i = E M i < j E M < j
46 45 imbi1d i = E M i < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
47 46 ralbidv i = E M j 0 i < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
48 2nn0 2 0
49 48 a1i φ 2 0
50 15 49 eqeltrd φ E M 0
51 14 ad2antrr φ j 0 E M < j M U
52 simplr φ j 0 E M < j j 0
53 simpr φ j 0 E M < j E M < j
54 9 1 4 24 8 deg1lt M U j 0 E M < j F j = 0 R
55 51 52 53 54 syl3anc φ j 0 E M < j F j = 0 R
56 55 oveq1d φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R · ˙ j × ˙ X
57 25 ad2antrr φ j 0 E M < j R Ring
58 57 34 syl φ j 0 E M < j mulGrp R Mnd
59 16 ad2antrr φ j 0 E M < j X K
60 33 7 58 52 59 mulgnn0cld φ j 0 E M < j j × ˙ X K
61 3 5 24 57 60 ringlzd φ j 0 E M < j 0 R · ˙ j × ˙ X = 0 R
62 56 61 eqtrd φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
63 62 ex φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
64 63 ralrimiva φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
65 47 50 64 rspcedvdw φ i 0 j 0 i < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
66 41 40 44 65 mptnn0fsuppd φ finSupp 0 R k 0 F k · ˙ k × ˙ X
67 fzouzdisj 0 ..^ 3 3 =
68 67 a1i φ 0 ..^ 3 3 =
69 nn0uz 0 = 0
70 3nn0 3 0
71 70 69 eleqtri 3 0
72 fzouzsplit 3 0 0 = 0 ..^ 3 3
73 71 72 ax-mp 0 = 0 ..^ 3 3
74 69 73 eqtri 0 = 0 ..^ 3 3
75 74 a1i φ 0 = 0 ..^ 3 3
76 3 24 6 26 28 40 66 68 75 gsumsplit2 φ R k 0 F k · ˙ k × ˙ X = R k 0 ..^ 3 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 3 F k · ˙ k × ˙ X
77 fzo0to3tp 0 ..^ 3 = 0 1 2
78 77 a1i φ 0 ..^ 3 = 0 1 2
79 78 mpteq1d φ k 0 ..^ 3 F k · ˙ k × ˙ X = k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X
80 79 oveq2d φ R k 0 ..^ 3 F k · ˙ k × ˙ X = R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X
81 14 adantr φ k 3 M U
82 uzss 3 0 3 0
83 71 82 ax-mp 3 0
84 83 69 sseqtrri 3 0
85 84 a1i φ 3 0
86 85 sselda φ k 3 k 0
87 15 adantr φ k 3 E M = 2
88 2p1e3 2 + 1 = 3
89 88 fveq2i 2 + 1 = 3
90 89 eleq2i k 2 + 1 k 3
91 2z 2
92 eluzp1l 2 k 2 + 1 2 < k
93 91 92 mpan k 2 + 1 2 < k
94 90 93 sylbir k 3 2 < k
95 94 adantl φ k 3 2 < k
96 87 95 eqbrtrd φ k 3 E M < k
97 9 1 4 24 8 deg1lt M U k 0 E M < k F k = 0 R
98 81 86 96 97 syl3anc φ k 3 F k = 0 R
99 98 oveq1d φ k 3 F k · ˙ k × ˙ X = 0 R · ˙ k × ˙ X
100 25 adantr φ k 3 R Ring
101 100 34 syl φ k 3 mulGrp R Mnd
102 16 adantr φ k 3 X K
103 33 7 101 86 102 mulgnn0cld φ k 3 k × ˙ X K
104 3 5 24 100 103 ringlzd φ k 3 0 R · ˙ k × ˙ X = 0 R
105 99 104 eqtrd φ k 3 F k · ˙ k × ˙ X = 0 R
106 105 mpteq2dva φ k 3 F k · ˙ k × ˙ X = k 3 0 R
107 106 oveq2d φ R k 3 F k · ˙ k × ˙ X = R k 3 0 R
108 13 crnggrpd φ R Grp
109 108 grpmndd φ R Mnd
110 fvexd φ 3 V
111 24 gsumz R Mnd 3 V R k 3 0 R = 0 R
112 109 110 111 syl2anc φ R k 3 0 R = 0 R
113 107 112 eqtrd φ R k 3 F k · ˙ k × ˙ X = 0 R
114 80 113 oveq12d φ R k 0 ..^ 3 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 3 F k · ˙ k × ˙ X = R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ 0 R
115 tpex 0 1 2 V
116 115 a1i φ 0 1 2 V
117 25 adantr φ k 0 1 2 R Ring
118 8 4 1 3 coe1f M U F : 0 K
119 14 118 syl φ F : 0 K
120 119 adantr φ k 0 1 2 F : 0 K
121 fzo0ssnn0 0 ..^ 3 0
122 78 121 eqsstrrdi φ 0 1 2 0
123 122 sselda φ k 0 1 2 k 0
124 120 123 ffvelcdmd φ k 0 1 2 F k K
125 123 39 syldan φ k 0 1 2 k × ˙ X K
126 3 5 117 124 125 ringcld φ k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X K
127 126 fmpttd φ k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X : 0 1 2 K
128 fzofi 0 ..^ 3 Fin
129 78 128 eqeltrrdi φ 0 1 2 Fin
130 127 129 41 fidmfisupp φ finSupp 0 R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X
131 3 24 26 116 127 130 gsumcl φ R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X K
132 3 6 24 108 131 grpridd φ R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ 0 R = R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X
133 fveq2 k = 0 F k = F 0
134 133 12 eqtr4di k = 0 F k = C
135 oveq1 k = 0 k × ˙ X = 0 × ˙ X
136 134 135 oveq12d k = 0 F k · ˙ k × ˙ X = C · ˙ 0 × ˙ X
137 fveq2 k = 1 F k = F 1
138 137 11 eqtr4di k = 1 F k = B
139 oveq1 k = 1 k × ˙ X = 1 × ˙ X
140 138 139 oveq12d k = 1 F k · ˙ k × ˙ X = B · ˙ 1 × ˙ X
141 fveq2 k = 2 F k = F 2
142 141 10 eqtr4di k = 2 F k = A
143 oveq1 k = 2 k × ˙ X = 2 × ˙ X
144 142 143 oveq12d k = 2 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 2 × ˙ X
145 0nn0 0 0
146 145 a1i φ 0 0
147 1nn0 1 0
148 147 a1i φ 1 0
149 0ne1 0 1
150 149 a1i φ 0 1
151 1ne2 1 2
152 151 a1i φ 1 2
153 0ne2 0 2
154 153 a1i φ 0 2
155 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 0 0 F 0 K
156 14 145 155 sylancl φ F 0 K
157 12 156 eqeltrid φ C K
158 33 7 35 146 16 mulgnn0cld φ 0 × ˙ X K
159 3 5 25 157 158 ringcld φ C · ˙ 0 × ˙ X K
160 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 1 0 F 1 K
161 14 147 160 sylancl φ F 1 K
162 11 161 eqeltrid φ B K
163 33 7 35 148 16 mulgnn0cld φ 1 × ˙ X K
164 3 5 25 162 163 ringcld φ B · ˙ 1 × ˙ X K
165 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 2 0 F 2 K
166 14 48 165 sylancl φ F 2 K
167 10 166 eqeltrid φ A K
168 33 7 35 49 16 mulgnn0cld φ 2 × ˙ X K
169 3 5 25 167 168 ringcld φ A · ˙ 2 × ˙ X K
170 3 6 136 140 144 26 146 148 49 150 152 154 159 164 169 gsumtp φ R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X = C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X + ˙ A · ˙ 2 × ˙ X
171 3 6 108 159 164 grpcld φ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X K
172 3 6 cmncom R CMnd C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X K A · ˙ 2 × ˙ X K C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X + ˙ A · ˙ 2 × ˙ X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X
173 26 171 169 172 syl3anc φ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X + ˙ A · ˙ 2 × ˙ X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X
174 3 6 cmncom R CMnd C · ˙ 0 × ˙ X K B · ˙ 1 × ˙ X K C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X = B · ˙ 1 × ˙ X + ˙ C · ˙ 0 × ˙ X
175 26 159 164 174 syl3anc φ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X = B · ˙ 1 × ˙ X + ˙ C · ˙ 0 × ˙ X
176 33 7 mulg1 X K 1 × ˙ X = X
177 16 176 syl φ 1 × ˙ X = X
178 177 oveq2d φ B · ˙ 1 × ˙ X = B · ˙ X
179 eqid 1 R = 1 R
180 32 179 ringidval 1 R = 0 mulGrp R
181 33 180 7 mulg0 X K 0 × ˙ X = 1 R
182 16 181 syl φ 0 × ˙ X = 1 R
183 182 oveq2d φ C · ˙ 0 × ˙ X = C · ˙ 1 R
184 3 5 179 25 157 ringridmd φ C · ˙ 1 R = C
185 183 184 eqtrd φ C · ˙ 0 × ˙ X = C
186 178 185 oveq12d φ B · ˙ 1 × ˙ X + ˙ C · ˙ 0 × ˙ X = B · ˙ X + ˙ C
187 175 186 eqtrd φ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X = B · ˙ X + ˙ C
188 187 oveq2d φ A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ 0 × ˙ X + ˙ B · ˙ 1 × ˙ X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ B · ˙ X + ˙ C
189 170 173 188 3eqtrd φ R k 0 1 2 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ B · ˙ X + ˙ C
190 114 132 189 3eqtrd φ R k 0 ..^ 3 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 3 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ B · ˙ X + ˙ C
191 23 76 190 3eqtrd φ O M X = A · ˙ 2 × ˙ X + ˙ B · ˙ X + ˙ C