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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 simplr φ k D X x D | x f k k D
33 eqid x D | x f k = x D | x f k
34 5 33 psrbagconcl k D X x D | x f k k f X x D | x f k
35 32 18 34 syl2anc φ k D X x D | x f k k f X x D | x f k
36 31 35 sseldi φ k D X x D | x f k k f X D
37 eqeq1 y = k f X y = Y k f X = Y
38 37 ifbid y = k f X if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
39 eqid y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙
40 3 fvexi 0 ˙ V
41 28 40 ifex if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ V
42 38 39 41 fvmpt k f X D y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
43 36 42 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 ˙
44 30 43 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 ˙
45 eqid Base R = Base R
46 45 4 ringidcl R Ring 1 ˙ Base R
47 45 3 ring0cl R Ring 0 ˙ Base R
48 46 47 ifcld R Ring if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
49 22 48 syl φ k D X x D | x f k if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
50 45 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 ˙
51 22 49 50 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 ˙
52 5 psrbagf k D k : I 0
53 32 52 syl φ k D X x D | x f k k : I 0
54 53 ffvelrnda φ k D X x D | x f k z I k z 0
55 8 adantr φ k D X D
56 5 psrbagf X D X : I 0
57 55 56 syl φ k D X : I 0
58 57 ffvelrnda φ k D z I X z 0
59 58 adantlr φ k D X x D | x f k z I X z 0
60 5 psrbagf Y D Y : I 0
61 10 60 syl φ Y : I 0
62 61 adantr φ k D Y : I 0
63 62 ffvelrnda φ k D z I Y z 0
64 63 adantlr φ k D X x D | x f k z I Y z 0
65 nn0cn k z 0 k z
66 nn0cn X z 0 X z
67 nn0cn Y z 0 Y z
68 subadd k z X z Y z k z X z = Y z X z + Y z = k z
69 65 66 67 68 syl3an k z 0 X z 0 Y z 0 k z X z = Y z X z + Y z = k z
70 54 59 64 69 syl3anc φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z X z + Y z = k z
71 eqcom X z + Y z = k z k z = X z + Y z
72 70 71 bitrdi φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z k z = X z + Y z
73 72 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
74 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
75 ovexd z I k z X z V
76 74 75 mprg z I k z X z = z I Y z z I k z X z = Y z
77 mpteqb z I k z V z I k z = z I X z + Y z z I k z = X z + Y z
78 fvexd z I k z V
79 77 78 mprg z I k z = z I X z + Y z z I k z = X z + Y z
80 73 76 79 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
81 6 ad2antrr φ k D X x D | x f k I W
82 53 feqmptd φ k D X x D | x f k k = z I k z
83 57 feqmptd φ k D X = z I X z
84 83 adantr φ k D X x D | x f k X = z I X z
85 81 54 59 82 84 offval2 φ k D X x D | x f k k f X = z I k z X z
86 62 feqmptd φ k D Y = z I Y z
87 86 adantr φ k D X x D | x f k Y = z I Y z
88 85 87 eqeq12d φ k D X x D | x f k k f X = Y z I k z X z = z I Y z
89 6 adantr φ k D I W
90 89 58 63 83 86 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 82 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 80 88 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 44 51 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 49 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 45 101 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 45 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 45 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 simplr φ k D j x D | x f k k D
116 5 33 psrbagconcl k D j x D | x f k k f j x D | x f k
117 115 110 116 syl2anc φ k D j x D | x f k k f j x D | x f k
118 31 117 sseldi φ k D j x D | x f k k f j D
119 114 118 ffvelrnd φ k D j x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R
120 45 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
121 107 112 119 120 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
122 121 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
123 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
124 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 =
125 122 123 124 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 =
126 125 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 =
127 106 126 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 =
128 127 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
129 breq1 x = X x f X + f Y X f X + f Y
130 58 nn0red φ k D z I X z
131 nn0addge1 X z Y z 0 X z X z + Y z
132 130 63 131 syl2anc φ k D z I X z X z + Y z
133 132 ralrimiva φ k D z I X z X z + Y z
134 ovexd φ k D z I X z + Y z V
135 89 58 134 83 90 ofrfval2 φ k D X f X + f Y z I X z X z + Y z
136 133 135 mpbird φ k D X f X + f Y
137 129 55 136 elrabd φ k D X x D | x f X + f Y
138 breq2 k = X + f Y x f k x f X + f Y
139 138 rabbidv k = X + f Y x D | x f k = x D | x f X + f Y
140 139 eleq2d k = X + f Y X x D | x f k X x D | x f X + f Y
141 137 140 syl5ibrcom φ k D k = X + f Y X x D | x f k
142 141 con3dimp φ k D ¬ X x D | x f k ¬ k = X + f Y
143 142 iffalsed φ k D ¬ X x D | x f k if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
144 105 128 143 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 ˙
145 104 144 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 ˙
146 7 adantr φ k D R Ring
147 ringcmn R Ring R CMnd
148 146 147 syl φ k D R CMnd
149 5 psrbaglefi k D x D | x f k Fin
150 149 adantl φ k D x D | x f k Fin
151 ssdif x D | x f k D x D | x f k X D X
152 31 151 ax-mp x D | x f k X D X
153 152 sseli j x D | x f k X j D X
154 108 adantr φ k D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
155 eldifsni y D X y X
156 155 adantl φ k D y D X y X
157 156 neneqd φ k D y D X ¬ y = X
158 157 iffalsed φ k D y D X if y = X 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
159 ovex 0 I V
160 5 159 rabex2 D V
161 160 a1i φ k D D V
162 158 161 suppss2 φ k D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ supp 0 ˙ X
163 40 a1i φ k D 0 ˙ V
164 154 162 161 163 suppssr φ k D j D X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = 0 ˙
165 153 164 sylan2 φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = 0 ˙
166 165 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
167 eldifi j x D | x f k X j x D | x f k
168 45 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 ˙
169 107 119 168 syl2anc φ k D j x D | x f k 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
170 167 169 sylan2 φ k D j x D | x f k X 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
171 166 170 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 ˙
172 160 rabex x D | x f k V
173 172 a1i φ k D x D | x f k V
174 171 173 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
175 160 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
176 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
177 175 176 40 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
178 177 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
179 snfi X Fin
180 179 a1i φ k D X Fin
181 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
182 178 180 174 181 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
183 45 3 148 150 122 174 182 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
184 145 183 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
185 184 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
186 17 185 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
187 14 186 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 ˙