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Theorem mzpindd

Description: "Structural" induction to prove properties of all polynomial functions. (Contributed by Stefan O'Rear, 4-Oct-2014)

Ref Expression
Hypotheses mzpindd.co ⊢ φ ∧ f ∈ ℤ → χ
mzpindd.pr ⊢ φ ∧ f ∈ V → θ
mzpindd.ad ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → ζ
mzpindd.mu ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → σ
mzpindd.1 ⊢ x = ℤ V × f → ψ ↔ χ
mzpindd.2 ⊢ x = g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f → ψ ↔ θ
mzpindd.3 ⊢ x = f → ψ ↔ τ
mzpindd.4 ⊢ x = g → ψ ↔ η
mzpindd.5 ⊢ x = f + f g → ψ ↔ ζ
mzpindd.6 ⊢ x = f × f g → ψ ↔ σ
mzpindd.7 ⊢ x = A → ψ ↔ ρ
Assertion mzpindd ⊢ φ ∧ A ∈ mzPoly ⁡ V → ρ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mzpindd.co ⊢ φ ∧ f ∈ ℤ → χ
2 mzpindd.pr ⊢ φ ∧ f ∈ V → θ
3 mzpindd.ad ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → ζ
4 mzpindd.mu ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → σ
5 mzpindd.1 ⊢ x = ℤ V × f → ψ ↔ χ
6 mzpindd.2 ⊢ x = g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f → ψ ↔ θ
7 mzpindd.3 ⊢ x = f → ψ ↔ τ
8 mzpindd.4 ⊢ x = g → ψ ↔ η
9 mzpindd.5 ⊢ x = f + f g → ψ ↔ ζ
10 mzpindd.6 ⊢ x = f × f g → ψ ↔ σ
11 mzpindd.7 ⊢ x = A → ψ ↔ ρ
12 elfvex ⊢ A ∈ mzPoly ⁡ V → V ∈ V
13 12 adantl ⊢ φ ∧ A ∈ mzPoly ⁡ V → V ∈ V
14 mzpval ⊢ V ∈ V → mzPoly ⁡ V = ⋂ mzPolyCld ⁡ V
15 14 adantl ⊢ φ ∧ V ∈ V → mzPoly ⁡ V = ⋂ mzPolyCld ⁡ V
16 ssrab2 ⊢ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ⊆ ℤ ℤ V
17 16 a1i ⊢ φ ∧ V ∈ V → x ∈ ℤ ℤ V | ψ ⊆ ℤ ℤ V
18 ovex ⊢ ℤ V ∈ V
19 zex ⊢ ℤ ∈ V
20 18 19 constmap ⊢ f ∈ ℤ → ℤ V × f ∈ ℤ ℤ V
21 20 adantl ⊢ φ ∧ f ∈ ℤ → ℤ V × f ∈ ℤ ℤ V
22 5 elrab ⊢ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ ℤ V × f ∈ ℤ ℤ V ∧ χ
23 21 1 22 sylanbrc ⊢ φ ∧ f ∈ ℤ → ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
24 23 ralrimiva ⊢ φ → ∀ f ∈ ℤ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
25 24 adantr ⊢ φ ∧ V ∈ V → ∀ f ∈ ℤ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
26 19 a1i ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → ℤ ∈ V
27 simpllr ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → V ∈ V
28 simpr ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → g ∈ ℤ V
29 elmapg ⊢ ℤ ∈ V ∧ V ∈ V → g ∈ ℤ V ↔ g : V ⟶ ℤ
30 29 biimpa ⊢ ℤ ∈ V ∧ V ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → g : V ⟶ ℤ
31 26 27 28 30 syl21anc ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → g : V ⟶ ℤ
32 simplr ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → f ∈ V
33 31 32 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V ∧ g ∈ ℤ V → g ⁡ f ∈ ℤ
34 33 fmpttd ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V → g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f : ℤ V ⟶ ℤ
35 19 18 elmap ⊢ g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ ℤ ℤ V ↔ g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f : ℤ V ⟶ ℤ
36 34 35 sylibr ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V → g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ ℤ ℤ V
37 2 adantlr ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V → θ
38 6 elrab ⊢ g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ ℤ ℤ V ∧ θ
39 36 37 38 sylanbrc ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ f ∈ V → g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
40 39 ralrimiva ⊢ φ ∧ V ∈ V → ∀ f ∈ V g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
41 25 40 jca ⊢ φ ∧ V ∈ V → ∀ f ∈ ℤ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ V g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
42 zaddcl ⊢ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a + b ∈ ℤ
43 42 adantl ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a + b ∈ ℤ
44 simpl ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ → f : ℤ V ⟶ ℤ
45 simpr ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ → g : ℤ V ⟶ ℤ
46 18 a1i ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ → ℤ V ∈ V
47 inidm ⊢ ℤ V ∩ ℤ V = ℤ V
48 43 44 45 46 46 47 off ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ → f + f g : ℤ V ⟶ ℤ
49 48 ad2ant2r ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f + f g : ℤ V ⟶ ℤ
50 49 adantl ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f + f g : ℤ V ⟶ ℤ
51 3 3expb ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → ζ
52 50 51 jca ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f + f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ ζ
53 zmulcl ⊢ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a ⁢ b ∈ ℤ
54 53 adantl ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → a ⁢ b ∈ ℤ
55 54 44 45 46 46 47 off ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ → f × f g : ℤ V ⟶ ℤ
56 55 ad2ant2r ⊢ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f × f g : ℤ V ⟶ ℤ
57 56 adantl ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f × f g : ℤ V ⟶ ℤ
58 4 3expb ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → σ
59 52 57 58 jca32 ⊢ φ ∧ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f + f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ ζ ∧ f × f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ σ
60 59 ex ⊢ φ → f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η → f + f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ ζ ∧ f × f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ σ
61 19 18 elmap ⊢ f ∈ ℤ ℤ V ↔ f : ℤ V ⟶ ℤ
62 61 anbi1i ⊢ f ∈ ℤ ℤ V ∧ τ ↔ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ
63 19 18 elmap ⊢ g ∈ ℤ ℤ V ↔ g : ℤ V ⟶ ℤ
64 63 anbi1i ⊢ g ∈ ℤ ℤ V ∧ η ↔ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η
65 62 64 anbi12i ⊢ f ∈ ℤ ℤ V ∧ τ ∧ g ∈ ℤ ℤ V ∧ η ↔ f : ℤ V ⟶ ℤ ∧ τ ∧ g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ η
66 19 18 elmap ⊢ f + f g ∈ ℤ ℤ V ↔ f + f g : ℤ V ⟶ ℤ
67 66 anbi1i ⊢ f + f g ∈ ℤ ℤ V ∧ ζ ↔ f + f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ ζ
68 19 18 elmap ⊢ f × f g ∈ ℤ ℤ V ↔ f × f g : ℤ V ⟶ ℤ
69 68 anbi1i ⊢ f × f g ∈ ℤ ℤ V ∧ σ ↔ f × f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ σ
70 67 69 anbi12i ⊢ f + f g ∈ ℤ ℤ V ∧ ζ ∧ f × f g ∈ ℤ ℤ V ∧ σ ↔ f + f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ ζ ∧ f × f g : ℤ V ⟶ ℤ ∧ σ
71 60 65 70 3imtr4g ⊢ φ → f ∈ ℤ ℤ V ∧ τ ∧ g ∈ ℤ ℤ V ∧ η → f + f g ∈ ℤ ℤ V ∧ ζ ∧ f × f g ∈ ℤ ℤ V ∧ σ
72 7 elrab ⊢ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ f ∈ ℤ ℤ V ∧ τ
73 8 elrab ⊢ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ g ∈ ℤ ℤ V ∧ η
74 72 73 anbi12i ⊢ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ f ∈ ℤ ℤ V ∧ τ ∧ g ∈ ℤ ℤ V ∧ η
75 9 elrab ⊢ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ f + f g ∈ ℤ ℤ V ∧ ζ
76 10 elrab ⊢ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ f × f g ∈ ℤ ℤ V ∧ σ
77 75 76 anbi12i ⊢ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ f + f g ∈ ℤ ℤ V ∧ ζ ∧ f × f g ∈ ℤ ℤ V ∧ σ
78 71 74 77 3imtr4g ⊢ φ → f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ → f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
79 78 ralrimivv ⊢ φ → ∀ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∀ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
80 79 adantr ⊢ φ ∧ V ∈ V → ∀ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∀ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
81 17 41 80 jca32 ⊢ φ ∧ V ∈ V → x ∈ ℤ ℤ V | ψ ⊆ ℤ ℤ V ∧ ∀ f ∈ ℤ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ V g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∀ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
82 elmzpcl ⊢ V ∈ V → x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∈ mzPolyCld ⁡ V ↔ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ⊆ ℤ ℤ V ∧ ∀ f ∈ ℤ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ V g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∀ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
83 82 adantl ⊢ φ ∧ V ∈ V → x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∈ mzPolyCld ⁡ V ↔ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ⊆ ℤ ℤ V ∧ ∀ f ∈ ℤ ℤ V × f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ V g ∈ ℤ V ⟼ g ⁡ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ ∀ f ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∀ g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ f + f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∧ f × f g ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
84 81 83 mpbird ⊢ φ ∧ V ∈ V → x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∈ mzPolyCld ⁡ V
85 intss1 ⊢ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ∈ mzPolyCld ⁡ V → ⋂ mzPolyCld ⁡ V ⊆ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
86 84 85 syl ⊢ φ ∧ V ∈ V → ⋂ mzPolyCld ⁡ V ⊆ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
87 15 86 eqsstrd ⊢ φ ∧ V ∈ V → mzPoly ⁡ V ⊆ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
88 87 sselda ⊢ φ ∧ V ∈ V ∧ A ∈ mzPoly ⁡ V → A ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
89 88 an32s ⊢ φ ∧ A ∈ mzPoly ⁡ V ∧ V ∈ V → A ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
90 13 89 mpdan ⊢ φ ∧ A ∈ mzPoly ⁡ V → A ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ
91 11 elrab ⊢ A ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ ↔ A ∈ ℤ ℤ V ∧ ρ
92 91 simprbi ⊢ A ∈ x ∈ ℤ ℤ V | ψ → ρ
93 90 92 syl ⊢ φ ∧ A ∈ mzPoly ⁡ V → ρ