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Theorem aks5lem4a

Description: Lemma for AKS section 5, reduce hypotheses. (Contributed by metakunt, 17-Jun-2025)

Ref Expression
Hypotheses aks5lema.1 ( 𝜑𝐾 ∈ Field )
aks5lema.2 𝑃 = ( chr ‘ 𝐾 )
aks5lema.3 ( 𝜑 → ( 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃𝑁 ) )
aks5lema.9 𝐵 = ( 𝑆 /s ( 𝑆 ~QG 𝐿 ) )
aks5lema.10 𝐿 = ( ( RSpan ‘ 𝑆 ) ‘ { ( ( 𝑅 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑆 ) ) ( var1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ( -g𝑆 ) ( 1r𝑆 ) ) } )
aks5lema.11 ( 𝜑𝑅 ∈ ℕ )
aks5lema.14 = { ⟨ 𝑒 , 𝑓 ⟩ ∣ ( 𝑒 ∈ ℕ ∧ 𝑓 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∧ ∀ 𝑦 ∈ ( ( mulGrp ‘ 𝐾 ) PrimRoots 𝑅 ) ( 𝑒 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑓 ) ‘ 𝑦 ) ) = ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑓 ) ‘ ( 𝑒 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) 𝑦 ) ) ) }
aks5lema.15 𝑆 = ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) )
aks5lem4a.7 ( 𝜑𝑀 ∈ ( ( mulGrp ‘ 𝐾 ) PrimRoots 𝑅 ) )
aks5lem4a.12 ( 𝜑𝐴 ∈ ℤ )
aks5lem4a.13 ( 𝜑 → [ ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑆 ) ) ( ( var1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ( +g𝑆 ) ( ( algSc ‘ 𝑆 ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ‘ 𝐴 ) ) ) ) ] ( 𝑆 ~QG 𝐿 ) = [ ( ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑆 ) ) ( var1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ( +g𝑆 ) ( ( algSc ‘ 𝑆 ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ‘ 𝐴 ) ) ) ] ( 𝑆 ~QG 𝐿 ) )
Assertion aks5lem4a ( 𝜑 → ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ ( ( var1𝐾 ) ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝐴 ) ) ) ) ‘ 𝑀 ) ) = ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ ( ( var1𝐾 ) ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝐴 ) ) ) ) ‘ ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) 𝑀 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 aks5lema.1 ( 𝜑𝐾 ∈ Field )
2 aks5lema.2 𝑃 = ( chr ‘ 𝐾 )
3 aks5lema.3 ( 𝜑 → ( 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃𝑁 ) )
4 aks5lema.9 𝐵 = ( 𝑆 /s ( 𝑆 ~QG 𝐿 ) )
5 aks5lema.10 𝐿 = ( ( RSpan ‘ 𝑆 ) ‘ { ( ( 𝑅 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑆 ) ) ( var1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ( -g𝑆 ) ( 1r𝑆 ) ) } )
6 aks5lema.11 ( 𝜑𝑅 ∈ ℕ )
7 aks5lema.14 = { ⟨ 𝑒 , 𝑓 ⟩ ∣ ( 𝑒 ∈ ℕ ∧ 𝑓 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∧ ∀ 𝑦 ∈ ( ( mulGrp ‘ 𝐾 ) PrimRoots 𝑅 ) ( 𝑒 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑓 ) ‘ 𝑦 ) ) = ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑓 ) ‘ ( 𝑒 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) 𝑦 ) ) ) }
8 aks5lema.15 𝑆 = ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) )
9 aks5lem4a.7 ( 𝜑𝑀 ∈ ( ( mulGrp ‘ 𝐾 ) PrimRoots 𝑅 ) )
10 aks5lem4a.12 ( 𝜑𝐴 ∈ ℤ )
11 aks5lem4a.13 ( 𝜑 → [ ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑆 ) ) ( ( var1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ( +g𝑆 ) ( ( algSc ‘ 𝑆 ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ‘ 𝐴 ) ) ) ) ] ( 𝑆 ~QG 𝐿 ) = [ ( ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑆 ) ) ( var1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ( +g𝑆 ) ( ( algSc ‘ 𝑆 ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ‘ 𝐴 ) ) ) ] ( 𝑆 ~QG 𝐿 ) )
12 eqid ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) = ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) )
13 eqid ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) = ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) )
14 eqid ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) = ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) )
15 nfcv 𝑑 ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑒 )
16 nfcv 𝑒 ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑑 )
17 imaeq2 ( 𝑒 = 𝑑 → ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑒 ) = ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑑 ) )
18 17 unieqd ( 𝑒 = 𝑑 ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑒 ) = ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑑 ) )
19 15 16 18 cbvmpt ( 𝑒 ∈ ( Base ‘ 𝐵 ) ↦ ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑒 ) ) = ( 𝑑 ∈ ( Base ‘ 𝐵 ) ↦ ( ( ( 𝑐 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ 𝑐 ) ‘ 𝑀 ) ) ∘ ( 𝑏 ∈ ( Base ‘ ( Poly1 ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ) ↦ ( ( 𝑎 ∈ ( Base ‘ ( ℤ/nℤ ‘ 𝑁 ) ) ↦ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) “ 𝑎 ) ) ∘ 𝑏 ) ) ) “ 𝑑 ) )
20 1 2 3 4 5 6 7 8 12 13 14 9 19 10 11 aks5lem3a ( 𝜑 → ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ ( ( var1𝐾 ) ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝐴 ) ) ) ) ‘ 𝑀 ) ) = ( ( ( eval1𝐾 ) ‘ ( ( var1𝐾 ) ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝐴 ) ) ) ) ‘ ( 𝑁 ( .g ‘ ( mulGrp ‘ 𝐾 ) ) 𝑀 ) ) )