Metamath Proof Explorer


Theorem facth

Description: The factor theorem. If a polynomial F has a root at A , then G = x - A is a factor of F (and the other factor is F quot G ). This is part of Metamath 100 proof #89. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Jul-2014)

Ref Expression
Hypothesis facth.1 โŠข ๐บ = ( Xp โˆ˜f โˆ’ ( โ„‚ ร— { ๐ด } ) )
Assertion facth ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐น = ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 facth.1 โŠข ๐บ = ( Xp โˆ˜f โˆ’ ( โ„‚ ร— { ๐ด } ) )
2 eqid โŠข ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) = ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) )
3 1 2 plyrem โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) = ( โ„‚ ร— { ( ๐น โ€˜ ๐ด ) } ) )
4 3 3adant3 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) = ( โ„‚ ร— { ( ๐น โ€˜ ๐ด ) } ) )
5 simp3 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 )
6 5 sneqd โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ { ( ๐น โ€˜ ๐ด ) } = { 0 } )
7 6 xpeq2d โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( โ„‚ ร— { ( ๐น โ€˜ ๐ด ) } ) = ( โ„‚ ร— { 0 } ) )
8 4 7 eqtrd โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) = ( โ„‚ ร— { 0 } ) )
9 cnex โŠข โ„‚ โˆˆ V
10 9 a1i โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ โ„‚ โˆˆ V )
11 simp1 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) )
12 plyf โŠข ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โ†’ ๐น : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
13 11 12 syl โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐น : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
14 1 plyremlem โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐บ โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) โˆง ( deg โ€˜ ๐บ ) = 1 โˆง ( โ—ก ๐บ โ€œ { 0 } ) = { ๐ด } ) )
15 14 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐บ โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) โˆง ( deg โ€˜ ๐บ ) = 1 โˆง ( โ—ก ๐บ โ€œ { 0 } ) = { ๐ด } ) )
16 15 simp1d โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐บ โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) )
17 plyssc โŠข ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โŠ† ( Poly โ€˜ โ„‚ )
18 17 11 sselid โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) )
19 15 simp2d โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( deg โ€˜ ๐บ ) = 1 )
20 ax-1ne0 โŠข 1 โ‰  0
21 20 a1i โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ 1 โ‰  0 )
22 19 21 eqnetrd โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( deg โ€˜ ๐บ ) โ‰  0 )
23 fveq2 โŠข ( ๐บ = 0๐‘ โ†’ ( deg โ€˜ ๐บ ) = ( deg โ€˜ 0๐‘ ) )
24 dgr0 โŠข ( deg โ€˜ 0๐‘ ) = 0
25 23 24 eqtrdi โŠข ( ๐บ = 0๐‘ โ†’ ( deg โ€˜ ๐บ ) = 0 )
26 25 necon3i โŠข ( ( deg โ€˜ ๐บ ) โ‰  0 โ†’ ๐บ โ‰  0๐‘ )
27 22 26 syl โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐บ โ‰  0๐‘ )
28 quotcl2 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) โˆง ๐บ โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) โˆง ๐บ โ‰  0๐‘ ) โ†’ ( ๐น quot ๐บ ) โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) )
29 18 16 27 28 syl3anc โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐น quot ๐บ ) โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) )
30 plymulcl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) โˆง ( ๐น quot ๐บ ) โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) ) โ†’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) )
31 16 29 30 syl2anc โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) )
32 plyf โŠข ( ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) โˆˆ ( Poly โ€˜ โ„‚ ) โ†’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
33 31 32 syl โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
34 ofsubeq0 โŠข ( ( โ„‚ โˆˆ V โˆง ๐น : โ„‚ โŸถ โ„‚ โˆง ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) : โ„‚ โŸถ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) = ( โ„‚ ร— { 0 } ) โ†” ๐น = ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) )
35 10 13 33 34 syl3anc โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ( ( ๐น โˆ˜f โˆ’ ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) = ( โ„‚ ร— { 0 } ) โ†” ๐น = ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) ) )
36 8 35 mpbid โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐ด ) = 0 ) โ†’ ๐น = ( ๐บ โˆ˜f ยท ( ๐น quot ๐บ ) ) )