Metamath Proof Explorer


Theorem dvdsq1p

Description: Divisibility in a polynomial ring is witnessed by the quotient. (Contributed by Stefan O'Rear, 28-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses dvdsq1p.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
dvdsq1p.d โŠข โˆฅ = ( โˆฅr โ€˜ ๐‘ƒ )
dvdsq1p.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
dvdsq1p.c โŠข ๐ถ = ( Unic1p โ€˜ ๐‘… )
dvdsq1p.t โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐‘ƒ )
dvdsq1p.q โŠข ๐‘„ = ( quot1p โ€˜ ๐‘… )
Assertion dvdsq1p ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ๐บ โˆฅ ๐น โ†” ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvdsq1p.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
2 dvdsq1p.d โŠข โˆฅ = ( โˆฅr โ€˜ ๐‘ƒ )
3 dvdsq1p.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
4 dvdsq1p.c โŠข ๐ถ = ( Unic1p โ€˜ ๐‘… )
5 dvdsq1p.t โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐‘ƒ )
6 dvdsq1p.q โŠข ๐‘„ = ( quot1p โ€˜ ๐‘… )
7 1 3 4 uc1pcl โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐ถ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ต )
8 7 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ต )
9 3 2 5 dvdsr2 โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐ต โ†’ ( ๐บ โˆฅ ๐น โ†” โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐ต ( ๐‘ž ยท ๐บ ) = ๐น ) )
10 8 9 syl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ๐บ โˆฅ ๐น โ†” โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐ต ( ๐‘ž ยท ๐บ ) = ๐น ) )
11 eqcom โŠข ( ( ๐‘ž ยท ๐บ ) = ๐น โ†” ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) )
12 simprr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) )
13 simprl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ๐‘ž โˆˆ ๐ต )
14 simpl1 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
15 1 ply1ring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
16 14 15 syl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
17 ringgrp โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Grp )
18 16 17 syl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Grp )
19 simpl2 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐น โˆˆ ๐ต )
20 simpr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ž โˆˆ ๐ต )
21 8 adantr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ต )
22 3 5 ringcl โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ Ring โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ž ยท ๐บ ) โˆˆ ๐ต )
23 16 20 21 22 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ž ยท ๐บ ) โˆˆ ๐ต )
24 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ )
25 eqid โŠข ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( -g โ€˜ ๐‘ƒ )
26 3 24 25 grpsubeq0 โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ Grp โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ( ๐‘ž ยท ๐บ ) โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) โ†” ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) )
27 18 19 23 26 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) โ†” ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) )
28 27 biimprd โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) โ†’ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) ) )
29 28 impr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) )
30 29 fveq2d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) = ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) ) )
31 simpl1 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
32 eqid โŠข ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) = ( deg1 โ€˜ ๐‘… )
33 32 1 24 deg1z โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) ) = -โˆž )
34 31 33 syl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) ) = -โˆž )
35 30 34 eqtrd โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) = -โˆž )
36 32 4 uc1pdeg โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) โˆˆ โ„•0 )
37 36 3adant2 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) โˆˆ โ„•0 )
38 37 nn0red โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) โˆˆ โ„ )
39 38 adantr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) โˆˆ โ„ )
40 39 mnfltd โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ -โˆž < ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) )
41 35 40 eqbrtrd โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) < ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) )
42 6 1 3 32 25 5 4 q1peqb โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) < ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) ) โ†” ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) = ๐‘ž ) )
43 42 adantr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐น ( -g โ€˜ ๐‘ƒ ) ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) < ( ( deg1 โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ๐บ ) ) โ†” ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) = ๐‘ž ) )
44 13 41 43 mpbi2and โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) = ๐‘ž )
45 44 oveq1d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) )
46 12 45 eqtr4d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ( ๐‘ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) ) ) โ†’ ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) )
47 46 expr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐น = ( ๐‘ž ยท ๐บ ) โ†’ ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )
48 11 47 biimtrid โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โˆง ๐‘ž โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐‘ž ยท ๐บ ) = ๐น โ†’ ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )
49 48 rexlimdva โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐ต ( ๐‘ž ยท ๐บ ) = ๐น โ†’ ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )
50 10 49 sylbid โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ๐บ โˆฅ ๐น โ†’ ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )
51 6 1 3 4 q1pcl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) โˆˆ ๐ต )
52 3 2 5 dvdsrmul โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐ต โˆง ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐บ โˆฅ ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) )
53 8 51 52 syl2anc โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ๐บ โˆฅ ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) )
54 breq2 โŠข ( ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) โ†’ ( ๐บ โˆฅ ๐น โ†” ๐บ โˆฅ ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )
55 53 54 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) โ†’ ๐บ โˆฅ ๐น ) )
56 50 55 impbid โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐น โˆˆ ๐ต โˆง ๐บ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ๐บ โˆฅ ๐น โ†” ๐น = ( ( ๐น ๐‘„ ๐บ ) ยท ๐บ ) ) )