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Theorem algextdeg

Description: The degree of an algebraic field extension (noted [ L : K ] ) is the degree of the minimal polynomial M ( A ) , whereas L is the field generated by K and the algebraic element A . (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses algextdeg.k 𝐾 = ( 𝐸s 𝐹 )
algextdeg.l 𝐿 = ( 𝐸s ( 𝐸 fldGen ( 𝐹 ∪ { 𝐴 } ) ) )
algextdeg.d 𝐷 = ( deg1𝐸 )
algextdeg.m 𝑀 = ( 𝐸 minPoly 𝐹 )
algextdeg.f ( 𝜑𝐸 ∈ Field )
algextdeg.e ( 𝜑𝐹 ∈ ( SubDRing ‘ 𝐸 ) )
algextdeg.a ( 𝜑𝐴 ∈ ( 𝐸 IntgRing 𝐹 ) )
Assertion algextdeg ( 𝜑 → ( 𝐿 [:] 𝐾 ) = ( 𝐷 ‘ ( 𝑀𝐴 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 algextdeg.k 𝐾 = ( 𝐸s 𝐹 )
2 algextdeg.l 𝐿 = ( 𝐸s ( 𝐸 fldGen ( 𝐹 ∪ { 𝐴 } ) ) )
3 algextdeg.d 𝐷 = ( deg1𝐸 )
4 algextdeg.m 𝑀 = ( 𝐸 minPoly 𝐹 )
5 algextdeg.f ( 𝜑𝐸 ∈ Field )
6 algextdeg.e ( 𝜑𝐹 ∈ ( SubDRing ‘ 𝐸 ) )
7 algextdeg.a ( 𝜑𝐴 ∈ ( 𝐸 IntgRing 𝐹 ) )
8 eqid ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) = ( 𝐸 evalSub1 𝐹 )
9 eqid ( Poly1𝐾 ) = ( Poly1𝐾 )
10 eqid ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) = ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) )
11 fveq2 ( 𝑞 = 𝑝 → ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) = ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑝 ) )
12 11 fveq1d ( 𝑞 = 𝑝 → ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) = ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑝 ) ‘ 𝐴 ) )
13 12 cbvmptv ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) = ( 𝑝 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑝 ) ‘ 𝐴 ) )
14 eceq1 ( 𝑦 = 𝑥 → [ 𝑦 ] ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) = [ 𝑥 ] ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) )
15 14 cbvmptv ( 𝑦 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ [ 𝑦 ] ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) ) = ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ [ 𝑥 ] ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) )
16 eqid ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) = ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } )
17 eqid ( ( Poly1𝐾 ) /s ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) ) = ( ( Poly1𝐾 ) /s ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) )
18 imaeq2 ( 𝑟 = 𝑝 → ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ 𝑟 ) = ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ 𝑝 ) )
19 18 unieqd ( 𝑟 = 𝑝 ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ 𝑟 ) = ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ 𝑝 ) )
20 19 cbvmptv ( 𝑟 ∈ ( Base ‘ ( ( Poly1𝐾 ) /s ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) ) ) ↦ ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ 𝑟 ) ) = ( 𝑝 ∈ ( Base ‘ ( ( Poly1𝐾 ) /s ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) ) ) ↦ ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ 𝑝 ) )
21 eqid ( rem1p𝐾 ) = ( rem1p𝐾 )
22 oveq1 ( 𝑞 = 𝑝 → ( 𝑞 ( rem1p𝐾 ) ( 𝑀𝐴 ) ) = ( 𝑝 ( rem1p𝐾 ) ( 𝑀𝐴 ) ) )
23 22 cbvmptv ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( 𝑞 ( rem1p𝐾 ) ( 𝑀𝐴 ) ) ) = ( 𝑝 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( 𝑝 ( rem1p𝐾 ) ( 𝑀𝐴 ) ) )
24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 15 16 17 20 21 23 algextdeglem6 ( 𝜑 → ( dim ‘ ( ( Poly1𝐾 ) /s ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) ) ) = ( dim ‘ ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( 𝑞 ( rem1p𝐾 ) ( 𝑀𝐴 ) ) ) “s ( Poly1𝐾 ) ) ) )
25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 15 16 17 20 algextdeglem4 ( 𝜑 → ( dim ‘ ( ( Poly1𝐾 ) /s ( ( Poly1𝐾 ) ~QG ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( ( ( 𝐸 evalSub1 𝐹 ) ‘ 𝑞 ) ‘ 𝐴 ) ) “ { ( 0g𝐿 ) } ) ) ) ) = ( 𝐿 [:] 𝐾 ) )
26 eqid ( ( deg1𝐾 ) “ ( -∞ [,) ( 𝐷 ‘ ( 𝑀𝐴 ) ) ) ) = ( ( deg1𝐾 ) “ ( -∞ [,) ( 𝐷 ‘ ( 𝑀𝐴 ) ) ) )
27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 15 16 17 20 21 23 26 algextdeglem8 ( 𝜑 → ( dim ‘ ( ( 𝑞 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝐾 ) ) ↦ ( 𝑞 ( rem1p𝐾 ) ( 𝑀𝐴 ) ) ) “s ( Poly1𝐾 ) ) ) = ( 𝐷 ‘ ( 𝑀𝐴 ) ) )
28 24 25 27 3eqtr3d ( 𝜑 → ( 𝐿 [:] 𝐾 ) = ( 𝐷 ‘ ( 𝑀𝐴 ) ) )