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Theorem evl1deg3

Description: Evaluation of a univariate polynomial of degree 3. (Contributed by Thierry Arnoux, 14-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
evl1deg3.f F = coe 1 M
evl1deg3.e E = deg 1 R
evl1deg3.a A = F 3
evl1deg3.b B = F 2
evl1deg3.c C = F 1
evl1deg3.d D = F 0
evl1deg3.r φ R CRing
evl1deg3.m φ M U
evl1deg3.1 φ E M = 3
evl1deg3.x φ X K
Assertion evl1deg3 φ O M X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D

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 evl1deg3.f F = coe 1 M
9 evl1deg3.e E = deg 1 R
10 evl1deg3.a A = F 3
11 evl1deg3.b B = F 2
12 evl1deg3.c C = F 1
13 evl1deg3.d D = F 0
14 evl1deg3.r φ R CRing
15 evl1deg3.m φ M U
16 evl1deg3.1 φ E M = 3
17 evl1deg3.x φ X K
18 oveq2 x = X k × ˙ x = k × ˙ X
19 18 oveq2d x = X F k · ˙ k × ˙ x = F k · ˙ k × ˙ X
20 19 mpteq2dv x = X k 0 F k · ˙ k × ˙ x = k 0 F k · ˙ k × ˙ X
21 20 oveq2d x = X R k 0 F k · ˙ k × ˙ x = R k 0 F k · ˙ k × ˙ X
22 2 1 3 4 14 15 5 7 8 evl1fpws φ O M = x K R k 0 F k · ˙ k × ˙ x
23 ovexd φ R k 0 F k · ˙ k × ˙ X V
24 21 22 17 23 fvmptd4 φ O M X = R k 0 F k · ˙ k × ˙ X
25 eqid 0 R = 0 R
26 14 crngringd φ R Ring
27 26 ringcmnd φ R CMnd
28 nn0ex 0 V
29 28 a1i φ 0 V
30 26 adantr φ k 0 R Ring
31 8 4 1 3 coe1fvalcl M U k 0 F k K
32 15 31 sylan φ k 0 F k K
33 eqid mulGrp R = mulGrp R
34 33 3 mgpbas K = Base mulGrp R
35 33 ringmgp R Ring mulGrp R Mnd
36 26 35 syl φ mulGrp R Mnd
37 36 adantr φ k 0 mulGrp R Mnd
38 simpr φ k 0 k 0
39 17 adantr φ k 0 X K
40 34 7 37 38 39 mulgnn0cld φ k 0 k × ˙ X K
41 3 5 30 32 40 ringcld φ k 0 F k · ˙ k × ˙ X K
42 fvexd φ 0 R V
43 fveq2 k = j F k = F j
44 oveq1 k = j k × ˙ X = j × ˙ X
45 43 44 oveq12d k = j F k · ˙ k × ˙ X = F j · ˙ j × ˙ X
46 breq1 i = E M i < j E M < j
47 46 imbi1d i = E M i < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
48 47 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
49 3nn0 3 0
50 49 a1i φ 3 0
51 16 50 eqeltrd φ E M 0
52 15 ad2antrr φ j 0 E M < j M U
53 simplr φ j 0 E M < j j 0
54 simpr φ j 0 E M < j E M < j
55 9 1 4 25 8 deg1lt M U j 0 E M < j F j = 0 R
56 52 53 54 55 syl3anc φ j 0 E M < j F j = 0 R
57 56 oveq1d φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R · ˙ j × ˙ X
58 26 ad2antrr φ j 0 E M < j R Ring
59 58 35 syl φ j 0 E M < j mulGrp R Mnd
60 17 ad2antrr φ j 0 E M < j X K
61 34 7 59 53 60 mulgnn0cld φ j 0 E M < j j × ˙ X K
62 3 5 25 58 61 ringlzd φ j 0 E M < j 0 R · ˙ j × ˙ X = 0 R
63 57 62 eqtrd φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
64 63 ex φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
65 64 ralrimiva φ j 0 E M < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
66 48 51 65 rspcedvdw φ i 0 j 0 i < j F j · ˙ j × ˙ X = 0 R
67 42 41 45 66 mptnn0fsuppd φ finSupp 0 R k 0 F k · ˙ k × ˙ X
68 fzouzdisj 0 ..^ 4 4 =
69 68 a1i φ 0 ..^ 4 4 =
70 nn0uz 0 = 0
71 4nn0 4 0
72 71 70 eleqtri 4 0
73 fzouzsplit 4 0 0 = 0 ..^ 4 4
74 72 73 ax-mp 0 = 0 ..^ 4 4
75 70 74 eqtri 0 = 0 ..^ 4 4
76 75 a1i φ 0 = 0 ..^ 4 4
77 3 25 6 27 29 41 67 69 76 gsumsplit2 φ R k 0 F k · ˙ k × ˙ X = R k 0 ..^ 4 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 4 F k · ˙ k × ˙ X
78 fzofi 0 ..^ 4 Fin
79 78 a1i φ 0 ..^ 4 Fin
80 fzo0ssnn0 0 ..^ 4 0
81 80 a1i φ 0 ..^ 4 0
82 81 sselda φ k 0 ..^ 4 k 0
83 82 41 syldan φ k 0 ..^ 4 F k · ˙ k × ˙ X K
84 0ne2 0 2
85 1ne2 1 2
86 0re 0
87 3pos 0 < 3
88 86 87 ltneii 0 3
89 1re 1
90 1lt3 1 < 3
91 89 90 ltneii 1 3
92 disjpr2 0 2 1 2 0 3 1 3 0 1 2 3 =
93 84 85 88 91 92 mp4an 0 1 2 3 =
94 93 a1i φ 0 1 2 3 =
95 fzo0to42pr 0 ..^ 4 = 0 1 2 3
96 95 a1i φ 0 ..^ 4 = 0 1 2 3
97 3 6 27 79 83 94 96 gsummptfidmsplit φ R k 0 ..^ 4 F k · ˙ k × ˙ X = R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X
98 15 adantr φ k 4 M U
99 uzss 4 0 4 0
100 72 99 ax-mp 4 0
101 100 70 sseqtrri 4 0
102 101 a1i φ 4 0
103 102 sselda φ k 4 k 0
104 16 adantr φ k 4 E M = 3
105 3p1e4 3 + 1 = 4
106 105 fveq2i 3 + 1 = 4
107 106 eleq2i k 3 + 1 k 4
108 3z 3
109 eluzp1l 3 k 3 + 1 3 < k
110 108 109 mpan k 3 + 1 3 < k
111 107 110 sylbir k 4 3 < k
112 111 adantl φ k 4 3 < k
113 104 112 eqbrtrd φ k 4 E M < k
114 9 1 4 25 8 deg1lt M U k 0 E M < k F k = 0 R
115 98 103 113 114 syl3anc φ k 4 F k = 0 R
116 115 oveq1d φ k 4 F k · ˙ k × ˙ X = 0 R · ˙ k × ˙ X
117 26 adantr φ k 4 R Ring
118 117 35 syl φ k 4 mulGrp R Mnd
119 17 adantr φ k 4 X K
120 34 7 118 103 119 mulgnn0cld φ k 4 k × ˙ X K
121 3 5 25 117 120 ringlzd φ k 4 0 R · ˙ k × ˙ X = 0 R
122 116 121 eqtrd φ k 4 F k · ˙ k × ˙ X = 0 R
123 122 mpteq2dva φ k 4 F k · ˙ k × ˙ X = k 4 0 R
124 123 oveq2d φ R k 4 F k · ˙ k × ˙ X = R k 4 0 R
125 97 124 oveq12d φ R k 0 ..^ 4 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 4 F k · ˙ k × ˙ X = R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 4 0 R
126 0nn0 0 0
127 126 a1i φ 0 0
128 1nn0 1 0
129 128 a1i φ 1 0
130 0ne1 0 1
131 130 a1i φ 0 1
132 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 0 0 F 0 K
133 15 126 132 sylancl φ F 0 K
134 34 7 36 127 17 mulgnn0cld φ 0 × ˙ X K
135 3 5 26 133 134 ringcld φ F 0 · ˙ 0 × ˙ X K
136 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 1 0 F 1 K
137 15 128 136 sylancl φ F 1 K
138 34 7 36 129 17 mulgnn0cld φ 1 × ˙ X K
139 3 5 26 137 138 ringcld φ F 1 · ˙ 1 × ˙ X K
140 fveq2 k = 0 F k = F 0
141 oveq1 k = 0 k × ˙ X = 0 × ˙ X
142 140 141 oveq12d k = 0 F k · ˙ k × ˙ X = F 0 · ˙ 0 × ˙ X
143 fveq2 k = 1 F k = F 1
144 oveq1 k = 1 k × ˙ X = 1 × ˙ X
145 143 144 oveq12d k = 1 F k · ˙ k × ˙ X = F 1 · ˙ 1 × ˙ X
146 3 6 142 145 gsumpr R CMnd 0 0 1 0 0 1 F 0 · ˙ 0 × ˙ X K F 1 · ˙ 1 × ˙ X K R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X = F 0 · ˙ 0 × ˙ X + ˙ F 1 · ˙ 1 × ˙ X
147 27 127 129 131 135 139 146 syl132anc φ R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X = F 0 · ˙ 0 × ˙ X + ˙ F 1 · ˙ 1 × ˙ X
148 eqid 1 R = 1 R
149 13 133 eqeltrid φ D K
150 3 5 148 26 149 ringridmd φ D · ˙ 1 R = D
151 150 oveq1d φ D · ˙ 1 R + ˙ C · ˙ X = D + ˙ C · ˙ X
152 13 a1i φ D = F 0
153 33 148 ringidval 1 R = 0 mulGrp R
154 34 153 7 mulg0 X K 0 × ˙ X = 1 R
155 17 154 syl φ 0 × ˙ X = 1 R
156 155 eqcomd φ 1 R = 0 × ˙ X
157 152 156 oveq12d φ D · ˙ 1 R = F 0 · ˙ 0 × ˙ X
158 12 a1i φ C = F 1
159 34 7 mulg1 X K 1 × ˙ X = X
160 17 159 syl φ 1 × ˙ X = X
161 160 eqcomd φ X = 1 × ˙ X
162 158 161 oveq12d φ C · ˙ X = F 1 · ˙ 1 × ˙ X
163 157 162 oveq12d φ D · ˙ 1 R + ˙ C · ˙ X = F 0 · ˙ 0 × ˙ X + ˙ F 1 · ˙ 1 × ˙ X
164 162 139 eqeltrd φ C · ˙ X K
165 3 6 ringcom R Ring D K C · ˙ X K D + ˙ C · ˙ X = C · ˙ X + ˙ D
166 26 149 164 165 syl3anc φ D + ˙ C · ˙ X = C · ˙ X + ˙ D
167 151 163 166 3eqtr3d φ F 0 · ˙ 0 × ˙ X + ˙ F 1 · ˙ 1 × ˙ X = C · ˙ X + ˙ D
168 147 167 eqtrd φ R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X = C · ˙ X + ˙ D
169 2nn0 2 0
170 169 a1i φ 2 0
171 2re 2
172 2lt3 2 < 3
173 171 172 ltneii 2 3
174 173 a1i φ 2 3
175 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 2 0 F 2 K
176 15 169 175 sylancl φ F 2 K
177 11 176 eqeltrid φ B K
178 34 7 36 170 17 mulgnn0cld φ 2 × ˙ X K
179 3 5 26 177 178 ringcld φ B · ˙ 2 × ˙ X K
180 8 4 1 3 coe1fvalcl M U 3 0 F 3 K
181 15 49 180 sylancl φ F 3 K
182 10 181 eqeltrid φ A K
183 34 7 36 50 17 mulgnn0cld φ 3 × ˙ X K
184 3 5 26 182 183 ringcld φ A · ˙ 3 × ˙ X K
185 fveq2 k = 2 F k = F 2
186 185 11 eqtr4di k = 2 F k = B
187 oveq1 k = 2 k × ˙ X = 2 × ˙ X
188 186 187 oveq12d k = 2 F k · ˙ k × ˙ X = B · ˙ 2 × ˙ X
189 fveq2 k = 3 F k = F 3
190 189 10 eqtr4di k = 3 F k = A
191 oveq1 k = 3 k × ˙ X = 3 × ˙ X
192 190 191 oveq12d k = 3 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X
193 3 6 188 192 gsumpr R CMnd 2 0 3 0 2 3 B · ˙ 2 × ˙ X K A · ˙ 3 × ˙ X K R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X = B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X
194 27 170 50 174 179 184 193 syl132anc φ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X = B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X
195 3 6 cmncom R CMnd B · ˙ 2 × ˙ X K A · ˙ 3 × ˙ X K B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X
196 27 179 184 195 syl3anc φ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X
197 194 196 eqtrd φ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X
198 168 197 oveq12d φ R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X = C · ˙ X + ˙ D + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X
199 14 crnggrpd φ R Grp
200 3 6 199 164 149 grpcld φ C · ˙ X + ˙ D K
201 3 6 199 184 179 grpcld φ A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X K
202 3 6 cmncom R CMnd C · ˙ X + ˙ D K A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X K C · ˙ X + ˙ D + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D
203 27 200 201 202 syl3anc φ C · ˙ X + ˙ D + ˙ A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D
204 198 203 eqtrd φ R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D
205 199 grpmndd φ R Mnd
206 fvexd φ 4 V
207 25 gsumz R Mnd 4 V R k 4 0 R = 0 R
208 205 206 207 syl2anc φ R k 4 0 R = 0 R
209 204 208 oveq12d φ R k 0 1 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 2 3 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 4 0 R = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D + ˙ 0 R
210 3 6 199 201 200 grpcld φ A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D K
211 3 6 25 199 210 grpridd φ A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D + ˙ 0 R = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D
212 125 209 211 3eqtrd φ R k 0 ..^ 4 F k · ˙ k × ˙ X + ˙ R k 4 F k · ˙ k × ˙ X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D
213 24 77 212 3eqtrd φ O M X = A · ˙ 3 × ˙ X + ˙ B · ˙ 2 × ˙ X + ˙ C · ˙ X + ˙ D