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Theorem mplmonmul

Description: The product of two monomials adds the exponent vectors together. For example, the product of ( x ^ 2 ) ( y ^ 2 ) with ( y ^ 1 ) ( z ^ 3 ) is ( x ^ 2 ) ( y ^ 3 ) ( z ^ 3 ) , where the exponent vectors <. 2 , 2 , 0 >. and <. 0 , 1 , 3 >. are added to give <. 2 , 3 , 3 >. . (Contributed by Mario Carneiro, 9-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses mplmon.s P = I mPoly R
mplmon.b B = Base P
mplmon.z 0 ˙ = 0 R
mplmon.o 1 ˙ = 1 R
mplmon.d D = f 0 I | f -1 Fin
mplmon.i φ I W
mplmon.r φ R Ring
mplmon.x φ X D
mplmonmul.t · ˙ = P
mplmonmul.x φ Y D
Assertion mplmonmul φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ · ˙ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mplmon.s P = I mPoly R
2 mplmon.b B = Base P
3 mplmon.z 0 ˙ = 0 R
4 mplmon.o 1 ˙ = 1 R
5 mplmon.d D = f 0 I | f -1 Fin
6 mplmon.i φ I W
7 mplmon.r φ R Ring
8 mplmon.x φ X D
9 mplmonmul.t · ˙ = P
10 mplmonmul.x φ Y D
11 eqid R = R
12 1 2 3 4 5 6 7 8 mplmon φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ B
13 1 2 3 4 5 6 7 10 mplmon φ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ B
14 1 2 11 9 5 12 13 mplmul φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ · ˙ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
15 eqeq1 y = k y = X + f Y k = X + f Y
16 15 ifbid y = k if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
17 16 cbvmptv y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = k D if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
18 simpr φ k D X x D | x f k X x D | x f k
19 18 snssd φ k D X x D | x f k X x D | x f k
20 19 resmptd φ k D X x D | x f k j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
21 20 oveq2d φ k D X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = R j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
22 7 ad2antrr φ k D X x D | x f k R Ring
23 ringmnd R Ring R Mnd
24 22 23 syl φ k D X x D | x f k R Mnd
25 8 ad2antrr φ k D X x D | x f k X D
26 iftrue y = X if y = X 1 ˙ 0 ˙ = 1 ˙
27 eqid y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙
28 4 fvexi 1 ˙ V
29 26 27 28 fvmpt X D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X = 1 ˙
30 25 29 syl φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X = 1 ˙
31 ssrab2 x D | x f k D
32 6 ad2antrr φ k D X x D | x f k I W
33 simplr φ k D X x D | x f k k D
34 eqid x D | x f k = x D | x f k
35 5 34 psrbagconcl I W k D X x D | x f k k f X x D | x f k
36 32 33 18 35 syl3anc φ k D X x D | x f k k f X x D | x f k
37 31 36 sseldi φ k D X x D | x f k k f X D
38 eqeq1 y = k f X y = Y k f X = Y
39 38 ifbid y = k f X if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
40 eqid y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙
41 3 fvexi 0 ˙ V
42 28 41 ifex if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ V
43 39 40 42 fvmpt k f X D y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
44 37 43 syl φ k D X x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
45 30 44 oveq12d φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = 1 ˙ R if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
46 eqid Base R = Base R
47 46 4 ringidcl R Ring 1 ˙ Base R
48 46 3 ring0cl R Ring 0 ˙ Base R
49 47 48 ifcld R Ring if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
50 22 49 syl φ k D X x D | x f k if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
51 46 11 4 ringlidm R Ring if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R 1 ˙ R if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
52 22 50 51 syl2anc φ k D X x D | x f k 1 ˙ R if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
53 5 psrbagf I W k D k : I 0
54 32 33 53 syl2anc φ k D X x D | x f k k : I 0
55 54 ffvelrnda φ k D X x D | x f k z I k z 0
56 6 adantr φ k D I W
57 8 adantr φ k D X D
58 5 psrbagf I W X D X : I 0
59 56 57 58 syl2anc φ k D X : I 0
60 59 ffvelrnda φ k D z I X z 0
61 60 adantlr φ k D X x D | x f k z I X z 0
62 5 psrbagf I W Y D Y : I 0
63 6 10 62 syl2anc φ Y : I 0
64 63 adantr φ k D Y : I 0
65 64 ffvelrnda φ k D z I Y z 0
66 65 adantlr φ k D X x D | x f k z I Y z 0
67 nn0cn k z 0 k z
68 nn0cn X z 0 X z
69 nn0cn Y z 0 Y z
70 subadd k z X z Y z k z X z = Y z X z + Y z = k z
71 67 68 69 70 syl3an k z 0 X z 0 Y z 0 k z X z = Y z X z + Y z = k z
72 55 61 66 71 syl3anc φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z X z + Y z = k z
73 eqcom X z + Y z = k z k z = X z + Y z
74 72 73 syl6bb φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z k z = X z + Y z
75 74 ralbidva φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z z I k z = X z + Y z
76 mpteqb z I k z X z V z I k z X z = z I Y z z I k z X z = Y z
77 ovexd z I k z X z V
78 76 77 mprg z I k z X z = z I Y z z I k z X z = Y z
79 mpteqb z I k z V z I k z = z I X z + Y z z I k z = X z + Y z
80 fvexd z I k z V
81 79 80 mprg z I k z = z I X z + Y z z I k z = X z + Y z
82 75 78 81 3bitr4g φ k D X x D | x f k z I k z X z = z I Y z z I k z = z I X z + Y z
83 54 feqmptd φ k D X x D | x f k k = z I k z
84 59 feqmptd φ k D X = z I X z
85 84 adantr φ k D X x D | x f k X = z I X z
86 32 55 61 83 85 offval2 φ k D X x D | x f k k f X = z I k z X z
87 64 feqmptd φ k D Y = z I Y z
88 87 adantr φ k D X x D | x f k Y = z I Y z
89 86 88 eqeq12d φ k D X x D | x f k k f X = Y z I k z X z = z I Y z
90 56 60 65 84 87 offval2 φ k D X + f Y = z I X z + Y z
91 90 adantr φ k D X x D | x f k X + f Y = z I X z + Y z
92 83 91 eqeq12d φ k D X x D | x f k k = X + f Y z I k z = z I X z + Y z
93 82 89 92 3bitr4d φ k D X x D | x f k k f X = Y k = X + f Y
94 93 ifbid φ k D X x D | x f k if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
95 45 52 94 3eqtrd φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
96 94 50 eqeltrrd φ k D X x D | x f k if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
97 95 96 eqeltrd φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X Base R
98 fveq2 j = X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X
99 oveq2 j = X k f j = k f X
100 99 fveq2d j = X y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
101 98 100 oveq12d j = X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
102 46 101 gsumsn R Mnd X D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X Base R R j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
103 24 25 97 102 syl3anc φ k D X x D | x f k R j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
104 21 103 95 3eqtrd φ k D X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
105 3 gsum0 R = 0 ˙
106 disjsn x D | x f k X = ¬ X x D | x f k
107 7 ad2antrr φ k D j x D | x f k R Ring
108 1 46 2 5 12 mplelf φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
109 108 ad2antrr φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
110 simpr φ k D j x D | x f k j x D | x f k
111 31 110 sseldi φ k D j x D | x f k j D
112 109 111 ffvelrnd φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j Base R
113 1 46 2 5 13 mplelf φ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
114 113 ad2antrr φ k D j x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
115 6 ad2antrr φ k D j x D | x f k I W
116 simplr φ k D j x D | x f k k D
117 5 34 psrbagconcl I W k D j x D | x f k k f j x D | x f k
118 115 116 110 117 syl3anc φ k D j x D | x f k k f j x D | x f k
119 31 118 sseldi φ k D j x D | x f k k f j D
120 114 119 ffvelrnd φ k D j x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R
121 46 11 ringcl R Ring y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j Base R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R
122 107 112 120 121 syl3anc φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R
123 122 fmpttd φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j : x D | x f k Base R
124 ffn j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j : x D | x f k Base R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Fn x D | x f k
125 fnresdisj j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Fn x D | x f k x D | x f k X = j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
126 123 124 125 3syl φ k D x D | x f k X = j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
127 126 biimpa φ k D x D | x f k X = j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
128 106 127 sylan2br φ k D ¬ X x D | x f k j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
129 128 oveq2d φ k D ¬ X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = R
130 breq1 x = X x f X + f Y X f X + f Y
131 60 nn0red φ k D z I X z
132 nn0addge1 X z Y z 0 X z X z + Y z
133 131 65 132 syl2anc φ k D z I X z X z + Y z
134 133 ralrimiva φ k D z I X z X z + Y z
135 ovexd φ k D z I X z + Y z V
136 56 60 135 84 90 ofrfval2 φ k D X f X + f Y z I X z X z + Y z
137 134 136 mpbird φ k D X f X + f Y
138 130 57 137 elrabd φ k D X x D | x f X + f Y
139 breq2 k = X + f Y x f k x f X + f Y
140 139 rabbidv k = X + f Y x D | x f k = x D | x f X + f Y
141 140 eleq2d k = X + f Y X x D | x f k X x D | x f X + f Y
142 138 141 syl5ibrcom φ k D k = X + f Y X x D | x f k
143 142 con3dimp φ k D ¬ X x D | x f k ¬ k = X + f Y
144 143 iffalsed φ k D ¬ X x D | x f k if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
145 105 129 144 3eqtr4a φ k D ¬ X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
146 104 145 pm2.61dan φ k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
147 7 adantr φ k D R Ring
148 ringcmn R Ring R CMnd
149 147 148 syl φ k D R CMnd
150 5 psrbaglefi I W k D x D | x f k Fin
151 6 150 sylan φ k D x D | x f k Fin
152 ssdif x D | x f k D x D | x f k X D X
153 31 152 ax-mp x D | x f k X D X
154 153 sseli j x D | x f k X j D X
155 108 adantr φ k D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
156 eldifsni y D X y X
157 156 adantl φ k D y D X y X
158 157 neneqd φ k D y D X ¬ y = X
159 158 iffalsed φ k D y D X if y = X 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
160 ovex 0 I V
161 5 160 rabex2 D V
162 161 a1i φ k D D V
163 159 162 suppss2 φ k D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ supp 0 ˙ X
164 41 a1i φ k D 0 ˙ V
165 155 163 162 164 suppssr φ k D j D X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = 0 ˙
166 154 165 sylan2 φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = 0 ˙
167 166 oveq1d φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
168 eldifi j x D | x f k X j x D | x f k
169 46 11 3 ringlz R Ring y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
170 107 120 169 syl2anc φ k D j x D | x f k 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
171 168 170 sylan2 φ k D j x D | x f k X 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
172 167 171 eqtrd φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
173 161 rabex x D | x f k V
174 173 a1i φ k D x D | x f k V
175 172 174 suppss2 φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j supp 0 ˙ X
176 161 mptrabex j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V
177 funmpt Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
178 176 177 41 3pm3.2i j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j 0 ˙ V
179 178 a1i φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j 0 ˙ V
180 snfi X Fin
181 180 a1i φ k D X Fin
182 suppssfifsupp j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j 0 ˙ V X Fin j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j supp 0 ˙ X finSupp 0 ˙ j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
183 179 181 175 182 syl12anc φ k D finSupp 0 ˙ j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
184 46 3 149 151 123 175 183 gsumres φ k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
185 146 184 eqtr3d φ k D if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
186 185 mpteq2dva φ k D if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
187 17 186 syl5eq φ y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
188 14 187 eqtr4d φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ · ˙ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙