Metamath Proof Explorer


Theorem lgseisenlem4

Description: Lemma for lgseisen . The function M is an injection (and hence a bijection by the pigeonhole principle). (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2015) (Proof shortened by AV, 15-Jun-2019)

Ref Expression
Hypotheses lgseisen.1 φP2
lgseisen.2 φQ2
lgseisen.3 φPQ
lgseisen.4 R=Q2xmodP
lgseisen.5 M=x1P121RRmodP2
lgseisen.6 S=Q2ymodP
lgseisen.7 Y=/P
lgseisen.8 G=mulGrpY
lgseisen.9 L=ℤRHomY
Assertion lgseisenlem4 φQP12modP=1x=1P12QP2xmodP

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lgseisen.1 φP2
2 lgseisen.2 φQ2
3 lgseisen.3 φPQ
4 lgseisen.4 R=Q2xmodP
5 lgseisen.5 M=x1P121RRmodP2
6 lgseisen.6 S=Q2ymodP
7 lgseisen.7 Y=/P
8 lgseisen.8 G=mulGrpY
9 lgseisen.9 L=ℤRHomY
10 zringbas =Basering
11 zring0 0=0ring
12 zringabl ringAbel
13 ablcmn ringAbelringCMnd
14 12 13 mp1i φringCMnd
15 1 eldifad φP
16 7 znfld PYField
17 15 16 syl φYField
18 isfld YFieldYDivRingYCRing
19 18 simprbi YFieldYCRing
20 17 19 syl φYCRing
21 8 crngmgp YCRingGCMnd
22 20 21 syl φGCMnd
23 cmnmnd GCMndGMnd
24 22 23 syl φGMnd
25 fzfid φ1P12Fin
26 crngring YCRingYRing
27 20 26 syl φYRing
28 9 zrhrhm YRingLringRingHomY
29 27 28 syl φLringRingHomY
30 eqid BaseY=BaseY
31 10 30 rhmf LringRingHomYL:BaseY
32 29 31 syl φL:BaseY
33 m1expcl k1k
34 33 adantl φk1k
35 32 34 cofmpt φLk1k=kL1k
36 zringmpg mulGrpfld𝑠=mulGrpring
37 36 8 rhmmhm LringRingHomYLmulGrpfld𝑠MndHomG
38 29 37 syl φLmulGrpfld𝑠MndHomG
39 neg1cn 1
40 neg1ne0 10
41 eqid mulGrpfld=mulGrpfld
42 eqid mulGrpfld𝑠0=mulGrpfld𝑠0
43 41 42 expghm 110k1kringGrpHommulGrpfld𝑠0
44 39 40 43 mp2an k1kringGrpHommulGrpfld𝑠0
45 ghmmhm k1kringGrpHommulGrpfld𝑠0k1kringMndHommulGrpfld𝑠0
46 44 45 ax-mp k1kringMndHommulGrpfld𝑠0
47 cnring fldRing
48 cnfldbas =Basefld
49 cnfld0 0=0fld
50 cndrng fldDivRing
51 48 49 50 drngui 0=Unitfld
52 51 41 unitsubm fldRing0SubMndmulGrpfld
53 47 52 ax-mp 0SubMndmulGrpfld
54 42 resmhm2 k1kringMndHommulGrpfld𝑠00SubMndmulGrpfldk1kringMndHommulGrpfld
55 46 53 54 mp2an k1kringMndHommulGrpfld
56 zsubrg SubRingfld
57 41 subrgsubm SubRingfldSubMndmulGrpfld
58 56 57 ax-mp SubMndmulGrpfld
59 34 fmpttd φk1k:
60 59 frnd φrank1k
61 eqid mulGrpfld𝑠=mulGrpfld𝑠
62 61 resmhm2b SubMndmulGrpfldrank1kk1kringMndHommulGrpfldk1kringMndHommulGrpfld𝑠
63 58 60 62 sylancr φk1kringMndHommulGrpfldk1kringMndHommulGrpfld𝑠
64 55 63 mpbii φk1kringMndHommulGrpfld𝑠
65 mhmco LmulGrpfld𝑠MndHomGk1kringMndHommulGrpfld𝑠Lk1kringMndHomG
66 38 64 65 syl2anc φLk1kringMndHomG
67 35 66 eqeltrrd φkL1kringMndHomG
68 2 gausslemma2dlem0a φQ
69 68 nnred φQ
70 1 gausslemma2dlem0a φP
71 69 70 nndivred φQP
72 71 adantr φx1P12QP
73 2nn 2
74 elfznn x1P12x
75 74 adantl φx1P12x
76 nnmulcl 2x2x
77 73 75 76 sylancr φx1P122x
78 77 nnred φx1P122x
79 72 78 remulcld φx1P12QP2x
80 79 flcld φx1P12QP2x
81 eqid x1P12QP2x=x1P12QP2x
82 fvexd φx1P12QP2xV
83 c0ex 0V
84 83 a1i φ0V
85 81 25 82 84 fsuppmptdm φfinSupp0x1P12QP2x
86 oveq2 k=QP2x1k=1QP2x
87 86 fveq2d k=QP2xL1k=L1QP2x
88 oveq2 k=ringx=1P12QP2x1k=1ringx=1P12QP2x
89 88 fveq2d k=ringx=1P12QP2xL1k=L1ringx=1P12QP2x
90 10 11 14 24 25 67 80 85 87 89 gsummhm2 φGx=1P12L1QP2x=L1ringx=1P12QP2x
91 8 30 mgpbas BaseY=BaseG
92 eqid Y=Y
93 8 92 mgpplusg Y=+G
94 32 adantr φx1P12L:BaseY
95 m1expcl QP2x1QP2x
96 80 95 syl φx1P121QP2x
97 94 96 ffvelcdmd φx1P12L1QP2xBaseY
98 neg1z 1
99 2 eldifad φQ
100 99 adantr φx1P12Q
101 prmz QQ
102 100 101 syl φx1P12Q
103 77 nnzd φx1P122x
104 102 103 zmulcld φx1P12Q2x
105 15 adantr φx1P12P
106 prmnn PP
107 105 106 syl φx1P12P
108 104 107 zmodcld φx1P12Q2xmodP0
109 4 108 eqeltrid φx1P12R0
110 zexpcl 1R01R
111 98 109 110 sylancr φx1P121R
112 111 102 zmulcld φx1P121RQ
113 94 112 ffvelcdmd φx1P12L1RQBaseY
114 eqid x1P12L1QP2x=x1P12L1QP2x
115 eqid x1P12L1RQ=x1P12L1RQ
116 91 93 22 25 97 113 114 115 gsummptfidmadd2 φGx1P12L1QP2xYfx1P12L1RQ=Gx=1P12L1QP2xYGx=1P12L1RQ
117 eqidd φx1P12L1QP2x=x1P12L1QP2x
118 eqidd φx1P12L1RQ=x1P12L1RQ
119 25 97 113 117 118 offval2 φx1P12L1QP2xYfx1P12L1RQ=x1P12L1QP2xYL1RQ
120 29 adantr φx1P12LringRingHomY
121 zringmulr ×=ring
122 10 121 92 rhmmul LringRingHomY1QP2x1RQL1QP2x1RQ=L1QP2xYL1RQ
123 120 96 112 122 syl3anc φx1P12L1QP2x1RQ=L1QP2xYL1RQ
124 104 zred φx1P12Q2x
125 107 nnrpd φx1P12P+
126 modval Q2xP+Q2xmodP=Q2xPQ2xP
127 124 125 126 syl2anc φx1P12Q2xmodP=Q2xPQ2xP
128 4 127 eqtrid φx1P12R=Q2xPQ2xP
129 102 zcnd φx1P12Q
130 77 nncnd φx1P122x
131 107 nncnd φx1P12P
132 107 nnne0d φx1P12P0
133 129 130 131 132 div23d φx1P12Q2xP=QP2x
134 133 fveq2d φx1P12Q2xP=QP2x
135 134 oveq2d φx1P12PQ2xP=PQP2x
136 135 oveq2d φx1P12Q2xPQ2xP=Q2xPQP2x
137 128 136 eqtrd φx1P12R=Q2xPQP2x
138 137 oveq2d φx1P12PQP2x+R=PQP2x+Q2x-PQP2x
139 prmz PP
140 105 139 syl φx1P12P
141 140 80 zmulcld φx1P12PQP2x
142 141 zcnd φx1P12PQP2x
143 104 zcnd φx1P12Q2x
144 142 143 pncan3d φx1P12PQP2x+Q2x-PQP2x=Q2x
145 2cnd φx1P122
146 75 nncnd φx1P12x
147 129 145 146 mul12d φx1P12Q2x=2Qx
148 138 144 147 3eqtrd φx1P12PQP2x+R=2Qx
149 148 oveq2d φx1P121PQP2x+R=12Qx
150 39 a1i φx1P121
151 40 a1i φx1P1210
152 109 nn0zd φx1P12R
153 expaddz 110PQP2xR1PQP2x+R=1PQP2x1R
154 150 151 141 152 153 syl22anc φx1P121PQP2x+R=1PQP2x1R
155 expmulz 110PQP2x1PQP2x=-1PQP2x
156 150 151 140 80 155 syl22anc φx1P121PQP2x=-1PQP2x
157 1cnd φx1P121
158 eldifsni P2P2
159 1 158 syl φP2
160 159 necomd φ2P
161 160 neneqd φ¬2=P
162 161 adantr φx1P12¬2=P
163 2z 2
164 uzid 222
165 163 164 ax-mp 22
166 dvdsprm 22P2P2=P
167 165 105 166 sylancr φx1P122P2=P
168 162 167 mtbird φx1P12¬2P
169 oexpneg 1P¬2P1P=1P
170 157 107 168 169 syl3anc φx1P121P=1P
171 1exp P1P=1
172 140 171 syl φx1P121P=1
173 172 negeqd φx1P121P=1
174 170 173 eqtrd φx1P121P=1
175 174 oveq1d φx1P12-1PQP2x=1QP2x
176 156 175 eqtrd φx1P121PQP2x=1QP2x
177 176 oveq1d φx1P121PQP2x1R=1QP2x1R
178 154 177 eqtrd φx1P121PQP2x+R=1QP2x1R
179 nnmulcl QxQx
180 68 74 179 syl2an φx1P12Qx
181 180 nnnn0d φx1P12Qx0
182 2nn0 20
183 182 a1i φx1P1220
184 150 181 183 expmuld φx1P1212Qx=-12Qx
185 neg1sqe1 12=1
186 185 oveq1i -12Qx=1Qx
187 180 nnzd φx1P12Qx
188 1exp Qx1Qx=1
189 187 188 syl φx1P121Qx=1
190 186 189 eqtrid φx1P12-12Qx=1
191 184 190 eqtrd φx1P1212Qx=1
192 149 178 191 3eqtr3d φx1P121QP2x1R=1
193 192 oveq1d φx1P121QP2x1RQ=1Q
194 96 zcnd φx1P121QP2x
195 111 zcnd φx1P121R
196 194 195 129 mulassd φx1P121QP2x1RQ=1QP2x1RQ
197 129 mullidd φx1P121Q=Q
198 193 196 197 3eqtr3d φx1P121QP2x1RQ=Q
199 198 fveq2d φx1P12L1QP2x1RQ=LQ
200 123 199 eqtr3d φx1P12L1QP2xYL1RQ=LQ
201 200 mpteq2dva φx1P12L1QP2xYL1RQ=x1P12LQ
202 119 201 eqtrd φx1P12L1QP2xYfx1P12L1RQ=x1P12LQ
203 202 oveq2d φGx1P12L1QP2xYfx1P12L1RQ=Gx=1P12LQ
204 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lgseisenlem3 φGx=1P12L1RQ=1Y
205 204 oveq2d φGx=1P12L1QP2xYGx=1P12L1RQ=Gx=1P12L1QP2xY1Y
206 116 203 205 3eqtr3rd φGx=1P12L1QP2xY1Y=Gx=1P12LQ
207 eqid 0G=0G
208 97 fmpttd φx1P12L1QP2x:1P12BaseY
209 fvexd φx1P12L1QP2xV
210 fvexd φ0GV
211 114 25 209 210 fsuppmptdm φfinSupp0Gx1P12L1QP2x
212 91 207 22 25 208 211 gsumcl φGx=1P12L1QP2xBaseY
213 eqid 1Y=1Y
214 30 92 213 ringridm YRingGx=1P12L1QP2xBaseYGx=1P12L1QP2xY1Y=Gx=1P12L1QP2x
215 27 212 214 syl2anc φGx=1P12L1QP2xY1Y=Gx=1P12L1QP2x
216 99 101 syl φQ
217 32 216 ffvelcdmd φLQBaseY
218 eqid G=G
219 91 218 gsumconst GMnd1P12FinLQBaseYGx=1P12LQ=1P12GLQ
220 24 25 217 219 syl3anc φGx=1P12LQ=1P12GLQ
221 oddprm P2P12
222 1 221 syl φP12
223 222 nnnn0d φP120
224 hashfz1 P1201P12=P12
225 223 224 syl φ1P12=P12
226 225 oveq1d φ1P12GLQ=P12GLQ
227 36 10 mgpbas =BasemulGrpfld𝑠
228 eqid mulGrpfld𝑠=mulGrpfld𝑠
229 227 228 218 mhmmulg LmulGrpfld𝑠MndHomGP120QLP12mulGrpfld𝑠Q=P12GLQ
230 38 223 216 229 syl3anc φLP12mulGrpfld𝑠Q=P12GLQ
231 58 a1i φSubMndmulGrpfld
232 eqid mulGrpfld=mulGrpfld
233 232 61 228 submmulg SubMndmulGrpfldP120QP12mulGrpfldQ=P12mulGrpfld𝑠Q
234 231 223 216 233 syl3anc φP12mulGrpfldQ=P12mulGrpfld𝑠Q
235 216 zcnd φQ
236 cnfldexp QP120P12mulGrpfldQ=QP12
237 235 223 236 syl2anc φP12mulGrpfldQ=QP12
238 234 237 eqtr3d φP12mulGrpfld𝑠Q=QP12
239 238 fveq2d φLP12mulGrpfld𝑠Q=LQP12
240 230 239 eqtr3d φP12GLQ=LQP12
241 220 226 240 3eqtrd φGx=1P12LQ=LQP12
242 206 215 241 3eqtr3d φGx=1P12L1QP2x=LQP12
243 subrgsubg SubRingfldSubGrpfld
244 56 243 ax-mp SubGrpfld
245 subgsubm SubGrpfldSubMndfld
246 244 245 mp1i φSubMndfld
247 80 fmpttd φx1P12QP2x:1P12
248 df-zring ring=fld𝑠
249 25 246 247 248 gsumsubm φfldx=1P12QP2x=ringx=1P12QP2x
250 80 zcnd φx1P12QP2x
251 25 250 gsumfsum φfldx=1P12QP2x=x=1P12QP2x
252 249 251 eqtr3d φringx=1P12QP2x=x=1P12QP2x
253 252 oveq2d φ1ringx=1P12QP2x=1x=1P12QP2x
254 253 fveq2d φL1ringx=1P12QP2x=L1x=1P12QP2x
255 90 242 254 3eqtr3d φLQP12=L1x=1P12QP2x
256 70 nnnn0d φP0
257 zexpcl QP120QP12
258 216 223 257 syl2anc φQP12
259 25 80 fsumzcl φx=1P12QP2x
260 m1expcl x=1P12QP2x1x=1P12QP2x
261 259 260 syl φ1x=1P12QP2x
262 7 9 zndvds P0QP121x=1P12QP2xLQP12=L1x=1P12QP2xPQP121x=1P12QP2x
263 256 258 261 262 syl3anc φLQP12=L1x=1P12QP2xPQP121x=1P12QP2x
264 255 263 mpbid φPQP121x=1P12QP2x
265 moddvds PQP121x=1P12QP2xQP12modP=1x=1P12QP2xmodPPQP121x=1P12QP2x
266 70 258 261 265 syl3anc φQP12modP=1x=1P12QP2xmodPPQP121x=1P12QP2x
267 264 266 mpbird φQP12modP=1x=1P12QP2xmodP