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Theorem aks6d1c5lem0

Description: Lemma for Claim 5 of Theorem 6.1, G defines a map into the polynomials. (Contributed by metakunt, 5-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses aks6d1p5.1 ( 𝜑𝐾 ∈ Field )
aks6d1p5.2 ( 𝜑𝑃 ∈ ℙ )
aks6d1c5.3 𝑃 = ( chr ‘ 𝐾 )
aks6d1c5.4 ( 𝜑𝐴 ∈ ℕ0 )
aks6d1c5.5 ( 𝜑𝐴 < 𝑃 )
aks6d1c5.6 𝑋 = ( var1𝐾 )
aks6d1c5.7 = ( .g ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
aks6d1c5.8 𝐺 = ( 𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ↦ ( ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) Σg ( 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ↦ ( ( 𝑔𝑖 ) ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ) ) ) )
Assertion aks6d1c5lem0 ( 𝜑𝐺 : ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ⟶ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 aks6d1p5.1 ( 𝜑𝐾 ∈ Field )
2 aks6d1p5.2 ( 𝜑𝑃 ∈ ℙ )
3 aks6d1c5.3 𝑃 = ( chr ‘ 𝐾 )
4 aks6d1c5.4 ( 𝜑𝐴 ∈ ℕ0 )
5 aks6d1c5.5 ( 𝜑𝐴 < 𝑃 )
6 aks6d1c5.6 𝑋 = ( var1𝐾 )
7 aks6d1c5.7 = ( .g ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
8 aks6d1c5.8 𝐺 = ( 𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ↦ ( ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) Σg ( 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ↦ ( ( 𝑔𝑖 ) ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ) ) ) )
9 eqid ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) = ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
10 1 fldcrngd ( 𝜑𝐾 ∈ CRing )
11 eqid ( Poly1𝐾 ) = ( Poly1𝐾 )
12 11 ply1crng ( 𝐾 ∈ CRing → ( Poly1𝐾 ) ∈ CRing )
13 10 12 syl ( 𝜑 → ( Poly1𝐾 ) ∈ CRing )
14 eqid ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) )
15 14 crngmgp ( ( Poly1𝐾 ) ∈ CRing → ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∈ CMnd )
16 13 15 syl ( 𝜑 → ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∈ CMnd )
17 16 adantr ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∈ CMnd )
18 fzfid ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( 0 ... 𝐴 ) ∈ Fin )
19 17 cmnmndd ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∈ Mnd )
20 19 adantr ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∈ Mnd )
21 nn0ex 0 ∈ V
22 21 a1i ( 𝜑 → ℕ0 ∈ V )
23 ovexd ( 𝜑 → ( 0 ... 𝐴 ) ∈ V )
24 22 23 elmapd ( 𝜑 → ( 𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ↔ 𝑔 : ( 0 ... 𝐴 ) ⟶ ℕ0 ) )
25 24 biimpd ( 𝜑 → ( 𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) → 𝑔 : ( 0 ... 𝐴 ) ⟶ ℕ0 ) )
26 25 imp ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → 𝑔 : ( 0 ... 𝐴 ) ⟶ ℕ0 )
27 26 ffvelcdmda ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( 𝑔𝑖 ) ∈ ℕ0 )
28 13 crngringd ( 𝜑 → ( Poly1𝐾 ) ∈ Ring )
29 28 ringcmnd ( 𝜑 → ( Poly1𝐾 ) ∈ CMnd )
30 cmnmnd ( ( Poly1𝐾 ) ∈ CMnd → ( Poly1𝐾 ) ∈ Mnd )
31 29 30 syl ( 𝜑 → ( Poly1𝐾 ) ∈ Mnd )
32 31 adantr ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( Poly1𝐾 ) ∈ Mnd )
33 32 adantr ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( Poly1𝐾 ) ∈ Mnd )
34 10 crngringd ( 𝜑𝐾 ∈ Ring )
35 34 adantr ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → 𝐾 ∈ Ring )
36 35 adantr ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → 𝐾 ∈ Ring )
37 eqid ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) )
38 6 11 37 vr1cl ( 𝐾 ∈ Ring → 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
39 36 38 syl ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
40 simpl ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) )
41 elfzelz ( 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) → 𝑖 ∈ ℤ )
42 41 adantl ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → 𝑖 ∈ ℤ )
43 40 42 jca ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ℤ ) )
44 eqid ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) = ( ℤRHom ‘ 𝐾 )
45 44 zrhrhm ( 𝐾 ∈ Ring → ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ∈ ( ℤring RingHom 𝐾 ) )
46 zringbas ℤ = ( Base ‘ ℤring )
47 eqid ( Base ‘ 𝐾 ) = ( Base ‘ 𝐾 )
48 46 47 rhmf ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ∈ ( ℤring RingHom 𝐾 ) → ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) : ℤ ⟶ ( Base ‘ 𝐾 ) )
49 45 48 syl ( 𝐾 ∈ Ring → ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) : ℤ ⟶ ( Base ‘ 𝐾 ) )
50 35 49 syl ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) : ℤ ⟶ ( Base ‘ 𝐾 ) )
51 50 ffvelcdmda ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ℤ ) → ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
52 43 51 syl ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
53 eqid ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) )
54 11 53 47 37 ply1sclcl ( ( 𝐾 ∈ Ring ∧ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ) → ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
55 36 52 54 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
56 eqid ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) )
57 37 56 mndcl ( ( ( Poly1𝐾 ) ∈ Mnd ∧ 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ∧ ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) → ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
58 33 39 55 57 syl3anc ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
59 14 37 mgpbas ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
60 59 a1i ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) )
61 58 60 eleqtrd ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) )
62 9 7 20 27 61 mulgnn0cld ( ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ) → ( ( 𝑔𝑖 ) ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) )
63 62 ralrimiva ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ∀ 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ( ( 𝑔𝑖 ) ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) )
64 9 17 18 63 gsummptcl ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) Σg ( 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ↦ ( ( 𝑔𝑖 ) ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) )
65 59 eqcomi ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) = ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) )
66 65 a1i ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( Base ‘ ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ) = ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
67 64 66 eleqtrd ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ) → ( ( mulGrp ‘ ( Poly1𝐾 ) ) Σg ( 𝑖 ∈ ( 0 ... 𝐴 ) ↦ ( ( 𝑔𝑖 ) ( 𝑋 ( +g ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ( ( algSc ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ‘ ( ( ℤRHom ‘ 𝐾 ) ‘ 𝑖 ) ) ) ) ) ) ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )
68 67 8 fmptd ( 𝜑𝐺 : ( ℕ0m ( 0 ... 𝐴 ) ) ⟶ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) )