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Theorem lgsqrlem1

Description: Lemma for lgsqr . (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses lgsqr.y ⊢ Y = ℤ/Pℤ
lgsqr.s ⊢ S = Poly 1 ⁡ Y
lgsqr.b ⊢ B = Base S
lgsqr.d ⊢ D = deg 1 ⁡ Y
lgsqr.o ⊢ O = eval 1 ⁡ Y
lgsqr.e ⊢ × ˙ = ⋅ mulGrp S
lgsqr.x ⊢ X = var 1 ⁡ Y
lgsqr.m ⊢ - ˙ = - S
lgsqr.u ⊢ 1 ˙ = 1 S
lgsqr.t ⊢ T = P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙
lgsqr.l ⊢ L = ℤRHom ⁡ Y
lgsqr.1 ⊢ φ → P ∈ ℙ ∖ 2
lgsqrlem1.3 ⊢ φ → A ∈ ℤ
lgsqrlem1.4 ⊢ φ → A P − 1 2 mod P = 1 mod P
Assertion lgsqrlem1 ⊢ φ → O ⁡ T ⁡ L ⁡ A = 0 Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lgsqr.y ⊢ Y = ℤ/Pℤ
2 lgsqr.s ⊢ S = Poly 1 ⁡ Y
3 lgsqr.b ⊢ B = Base S
4 lgsqr.d ⊢ D = deg 1 ⁡ Y
5 lgsqr.o ⊢ O = eval 1 ⁡ Y
6 lgsqr.e ⊢ × ˙ = ⋅ mulGrp S
7 lgsqr.x ⊢ X = var 1 ⁡ Y
8 lgsqr.m ⊢ - ˙ = - S
9 lgsqr.u ⊢ 1 ˙ = 1 S
10 lgsqr.t ⊢ T = P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙
11 lgsqr.l ⊢ L = ℤRHom ⁡ Y
12 lgsqr.1 ⊢ φ → P ∈ ℙ ∖ 2
13 lgsqrlem1.3 ⊢ φ → A ∈ ℤ
14 lgsqrlem1.4 ⊢ φ → A P − 1 2 mod P = 1 mod P
15 10 fveq2i ⊢ O ⁡ T = O ⁡ P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙
16 15 fveq1i ⊢ O ⁡ T ⁡ L ⁡ A = O ⁡ P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A
17 eqid ⊢ Base Y = Base Y
18 12 eldifad ⊢ φ → P ∈ ℙ
19 1 znfld ⊢ P ∈ ℙ → Y ∈ Field
20 18 19 syl ⊢ φ → Y ∈ Field
21 fldidom ⊢ Y ∈ Field → Y ∈ IDomn
22 20 21 syl ⊢ φ → Y ∈ IDomn
23 isidom ⊢ Y ∈ IDomn ↔ Y ∈ CRing ∧ Y ∈ Domn
24 23 simplbi ⊢ Y ∈ IDomn → Y ∈ CRing
25 22 24 syl ⊢ φ → Y ∈ CRing
26 crngring ⊢ Y ∈ CRing → Y ∈ Ring
27 25 26 syl ⊢ φ → Y ∈ Ring
28 11 zrhrhm ⊢ Y ∈ Ring → L ∈ ℤ ring RingHom Y
29 27 28 syl ⊢ φ → L ∈ ℤ ring RingHom Y
30 zringbas ⊢ ℤ = Base ℤ ring
31 30 17 rhmf ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y → L : ℤ ⟶ Base Y
32 29 31 syl ⊢ φ → L : ℤ ⟶ Base Y
33 32 13 ffvelcdmd ⊢ φ → L ⁡ A ∈ Base Y
34 5 7 17 2 3 25 33 evl1vard ⊢ φ → X ∈ B ∧ O ⁡ X ⁡ L ⁡ A = L ⁡ A
35 eqid ⊢ ⋅ mulGrp Y = ⋅ mulGrp Y
36 oddprm ⊢ P ∈ ℙ ∖ 2 → P − 1 2 ∈ ℕ
37 12 36 syl ⊢ φ → P − 1 2 ∈ ℕ
38 37 nnnn0d ⊢ φ → P − 1 2 ∈ ℕ 0
39 5 2 17 3 25 33 34 6 35 38 evl1expd ⊢ φ → P − 1 2 × ˙ X ∈ B ∧ O ⁡ P − 1 2 × ˙ X ⁡ L ⁡ A = P − 1 2 ⋅ mulGrp Y L ⁡ A
40 zringmpg ⊢ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ = mulGrp ℤ ring
41 eqid ⊢ mulGrp Y = mulGrp Y
42 40 41 rhmmhm ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y → L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom mulGrp Y
43 29 42 syl ⊢ φ → L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom mulGrp Y
44 40 30 mgpbas ⊢ ℤ = Base mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
45 eqid ⊢ ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ = ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
46 44 45 35 mhmmulg ⊢ L ∈ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ MndHom mulGrp Y ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 ∧ A ∈ ℤ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A = P − 1 2 ⋅ mulGrp Y L ⁡ A
47 43 38 13 46 syl3anc ⊢ φ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A = P − 1 2 ⋅ mulGrp Y L ⁡ A
48 zsubrg ⊢ ℤ ∈ SubRing ⁡ ℂ fld
49 eqid ⊢ mulGrp ℂ fld = mulGrp ℂ fld
50 49 subrgsubm ⊢ ℤ ∈ SubRing ⁡ ℂ fld → ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
51 48 50 mp1i ⊢ φ → ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld
52 eqid ⊢ ⋅ mulGrp ℂ fld = ⋅ mulGrp ℂ fld
53 eqid ⊢ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ = mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ
54 52 53 45 submmulg ⊢ ℤ ∈ SubMnd ⁡ mulGrp ℂ fld ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 ∧ A ∈ ℤ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld A = P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A
55 51 38 13 54 syl3anc ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld A = P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A
56 13 zcnd ⊢ φ → A ∈ ℂ
57 cnfldexp ⊢ A ∈ ℂ ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld A = A P − 1 2
58 56 38 57 syl2anc ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld A = A P − 1 2
59 55 58 eqtr3d ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A = A P − 1 2
60 59 fveq2d ⊢ φ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A = L ⁡ A P − 1 2
61 prmnn ⊢ P ∈ ℙ → P ∈ ℕ
62 18 61 syl ⊢ φ → P ∈ ℕ
63 zexpcl ⊢ A ∈ ℤ ∧ P − 1 2 ∈ ℕ 0 → A P − 1 2 ∈ ℤ
64 13 38 63 syl2anc ⊢ φ → A P − 1 2 ∈ ℤ
65 1zzd ⊢ φ → 1 ∈ ℤ
66 moddvds ⊢ P ∈ ℕ ∧ A P − 1 2 ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℤ → A P − 1 2 mod P = 1 mod P ↔ P ∥ A P − 1 2 − 1
67 62 64 65 66 syl3anc ⊢ φ → A P − 1 2 mod P = 1 mod P ↔ P ∥ A P − 1 2 − 1
68 14 67 mpbid ⊢ φ → P ∥ A P − 1 2 − 1
69 62 nnnn0d ⊢ φ → P ∈ ℕ 0
70 1 11 zndvds ⊢ P ∈ ℕ 0 ∧ A P − 1 2 ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℤ → L ⁡ A P − 1 2 = L ⁡ 1 ↔ P ∥ A P − 1 2 − 1
71 69 64 65 70 syl3anc ⊢ φ → L ⁡ A P − 1 2 = L ⁡ 1 ↔ P ∥ A P − 1 2 − 1
72 68 71 mpbird ⊢ φ → L ⁡ A P − 1 2 = L ⁡ 1
73 zring1 ⊢ 1 = 1 ℤ ring
74 eqid ⊢ 1 Y = 1 Y
75 73 74 rhm1 ⊢ L ∈ ℤ ring RingHom Y → L ⁡ 1 = 1 Y
76 29 75 syl ⊢ φ → L ⁡ 1 = 1 Y
77 60 72 76 3eqtrd ⊢ φ → L ⁡ P − 1 2 ⋅ mulGrp ℂ fld ↾ 𝑠 ℤ A = 1 Y
78 47 77 eqtr3d ⊢ φ → P − 1 2 ⋅ mulGrp Y L ⁡ A = 1 Y
79 78 eqeq2d ⊢ φ → O ⁡ P − 1 2 × ˙ X ⁡ L ⁡ A = P − 1 2 ⋅ mulGrp Y L ⁡ A ↔ O ⁡ P − 1 2 × ˙ X ⁡ L ⁡ A = 1 Y
80 79 anbi2d ⊢ φ → P − 1 2 × ˙ X ∈ B ∧ O ⁡ P − 1 2 × ˙ X ⁡ L ⁡ A = P − 1 2 ⋅ mulGrp Y L ⁡ A ↔ P − 1 2 × ˙ X ∈ B ∧ O ⁡ P − 1 2 × ˙ X ⁡ L ⁡ A = 1 Y
81 39 80 mpbid ⊢ φ → P − 1 2 × ˙ X ∈ B ∧ O ⁡ P − 1 2 × ˙ X ⁡ L ⁡ A = 1 Y
82 eqid ⊢ algSc ⁡ S = algSc ⁡ S
83 17 74 ringidcl ⊢ Y ∈ Ring → 1 Y ∈ Base Y
84 27 83 syl ⊢ φ → 1 Y ∈ Base Y
85 5 2 17 82 3 25 84 33 evl1scad ⊢ φ → algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ∈ B ∧ O ⁡ algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ⁡ L ⁡ A = 1 Y
86 2 82 74 9 ply1scl1 ⊢ Y ∈ Ring → algSc ⁡ S ⁡ 1 Y = 1 ˙
87 27 86 syl ⊢ φ → algSc ⁡ S ⁡ 1 Y = 1 ˙
88 87 eleq1d ⊢ φ → algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ∈ B ↔ 1 ˙ ∈ B
89 87 fveq2d ⊢ φ → O ⁡ algSc ⁡ S ⁡ 1 Y = O ⁡ 1 ˙
90 89 fveq1d ⊢ φ → O ⁡ algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ⁡ L ⁡ A = O ⁡ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A
91 90 eqeq1d ⊢ φ → O ⁡ algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ⁡ L ⁡ A = 1 Y ↔ O ⁡ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A = 1 Y
92 88 91 anbi12d ⊢ φ → algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ∈ B ∧ O ⁡ algSc ⁡ S ⁡ 1 Y ⁡ L ⁡ A = 1 Y ↔ 1 ˙ ∈ B ∧ O ⁡ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A = 1 Y
93 85 92 mpbid ⊢ φ → 1 ˙ ∈ B ∧ O ⁡ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A = 1 Y
94 eqid ⊢ - Y = - Y
95 5 2 17 3 25 33 81 93 8 94 evl1subd ⊢ φ → P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ ∈ B ∧ O ⁡ P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A = 1 Y - Y 1 Y
96 95 simprd ⊢ φ → O ⁡ P − 1 2 × ˙ X - ˙ 1 ˙ ⁡ L ⁡ A = 1 Y - Y 1 Y
97 16 96 eqtrid ⊢ φ → O ⁡ T ⁡ L ⁡ A = 1 Y - Y 1 Y
98 ringgrp ⊢ Y ∈ Ring → Y ∈ Grp
99 27 98 syl ⊢ φ → Y ∈ Grp
100 eqid ⊢ 0 Y = 0 Y
101 17 100 94 grpsubid ⊢ Y ∈ Grp ∧ 1 Y ∈ Base Y → 1 Y - Y 1 Y = 0 Y
102 99 84 101 syl2anc ⊢ φ → 1 Y - Y 1 Y = 0 Y
103 97 102 eqtrd ⊢ φ → O ⁡ T ⁡ L ⁡ A = 0 Y