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Theorem pl1cn

Description: A univariate polynomial is continuous. (Contributed by Thierry Arnoux, 17-Sep-2018)

Ref Expression
Hypotheses pl1cn.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
pl1cn.e 𝐸 = ( eval1𝑅 )
pl1cn.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑃 )
pl1cn.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝑅 )
pl1cn.j 𝐽 = ( TopOpen ‘ 𝑅 )
pl1cn.1 ( 𝜑𝑅 ∈ CRing )
pl1cn.2 ( 𝜑𝑅 ∈ TopRing )
pl1cn.3 ( 𝜑𝐹𝐵 )
Assertion pl1cn ( 𝜑 → ( 𝐸𝐹 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pl1cn.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
2 pl1cn.e 𝐸 = ( eval1𝑅 )
3 pl1cn.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑃 )
4 pl1cn.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝑅 )
5 pl1cn.j 𝐽 = ( TopOpen ‘ 𝑅 )
6 pl1cn.1 ( 𝜑𝑅 ∈ CRing )
7 pl1cn.2 ( 𝜑𝑅 ∈ TopRing )
8 pl1cn.3 ( 𝜑𝐹𝐵 )
9 eqid ( +g𝑅 ) = ( +g𝑅 )
10 eqid ( .r𝑅 ) = ( .r𝑅 )
11 eqid ran ( eval1𝑅 ) = ran ( eval1𝑅 )
12 4 fvexi 𝐾 ∈ V
13 12 a1i ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝐾 ∈ V )
14 fvexd ( ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ 𝑥𝐾 ) → ( 𝑓𝑥 ) ∈ V )
15 fvexd ( ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ 𝑥𝐾 ) → ( 𝑔𝑥 ) ∈ V )
16 simp1 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝜑 )
17 eqid 𝐽 = 𝐽
18 17 17 cnf ( 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) → 𝑓 : 𝐽 𝐽 )
19 18 ffnd ( 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) → 𝑓 Fn 𝐽 )
20 19 3ad2ant2 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝑓 Fn 𝐽 )
21 trgtgp ( 𝑅 ∈ TopRing → 𝑅 ∈ TopGrp )
22 5 4 tgptopon ( 𝑅 ∈ TopGrp → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) )
23 7 21 22 3syl ( 𝜑𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) )
24 toponuni ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) → 𝐾 = 𝐽 )
25 23 24 syl ( 𝜑𝐾 = 𝐽 )
26 25 fneq2d ( 𝜑 → ( 𝑓 Fn 𝐾𝑓 Fn 𝐽 ) )
27 dffn5 ( 𝑓 Fn 𝐾𝑓 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑓𝑥 ) ) )
28 26 27 bitr3di ( 𝜑 → ( 𝑓 Fn 𝐽𝑓 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑓𝑥 ) ) ) )
29 28 biimpa ( ( 𝜑𝑓 Fn 𝐽 ) → 𝑓 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑓𝑥 ) ) )
30 16 20 29 syl2anc ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝑓 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑓𝑥 ) ) )
31 17 17 cnf ( 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) → 𝑔 : 𝐽 𝐽 )
32 31 ffnd ( 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) → 𝑔 Fn 𝐽 )
33 32 3ad2ant3 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝑔 Fn 𝐽 )
34 25 fneq2d ( 𝜑 → ( 𝑔 Fn 𝐾𝑔 Fn 𝐽 ) )
35 dffn5 ( 𝑔 Fn 𝐾𝑔 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑔𝑥 ) ) )
36 34 35 bitr3di ( 𝜑 → ( 𝑔 Fn 𝐽𝑔 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑔𝑥 ) ) ) )
37 36 biimpa ( ( 𝜑𝑔 Fn 𝐽 ) → 𝑔 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑔𝑥 ) ) )
38 16 33 37 syl2anc ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝑔 = ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑔𝑥 ) ) )
39 13 14 15 30 38 offval2 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) = ( 𝑥𝐾 ↦ ( ( 𝑓𝑥 ) ( +g𝑅 ) ( 𝑔𝑥 ) ) ) )
40 23 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) )
41 simp2 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
42 30 41 eqeltrrd ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑓𝑥 ) ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
43 simp3 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
44 38 43 eqeltrrd ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑥𝐾 ↦ ( 𝑔𝑥 ) ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
45 eqid ( +𝑓𝑅 ) = ( +𝑓𝑅 )
46 4 9 45 plusffval ( +𝑓𝑅 ) = ( 𝑦𝐾 , 𝑧𝐾 ↦ ( 𝑦 ( +g𝑅 ) 𝑧 ) )
47 5 45 tgpcn ( 𝑅 ∈ TopGrp → ( +𝑓𝑅 ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
48 7 21 47 3syl ( 𝜑 → ( +𝑓𝑅 ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
49 46 48 eqeltrrid ( 𝜑 → ( 𝑦𝐾 , 𝑧𝐾 ↦ ( 𝑦 ( +g𝑅 ) 𝑧 ) ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
50 49 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑦𝐾 , 𝑧𝐾 ↦ ( 𝑦 ( +g𝑅 ) 𝑧 ) ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
51 oveq12 ( ( 𝑦 = ( 𝑓𝑥 ) ∧ 𝑧 = ( 𝑔𝑥 ) ) → ( 𝑦 ( +g𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑓𝑥 ) ( +g𝑅 ) ( 𝑔𝑥 ) ) )
52 40 42 44 40 40 50 51 cnmpt12 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑥𝐾 ↦ ( ( 𝑓𝑥 ) ( +g𝑅 ) ( 𝑔𝑥 ) ) ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
53 39 52 eqeltrd ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
54 53 3adant2l ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑓 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
55 54 3adant3l ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑓 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ ( 𝑔 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ) → ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
56 55 3expb ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑓 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ ( 𝑔 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ) ) → ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
57 13 14 15 30 38 offval2 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) = ( 𝑥𝐾 ↦ ( ( 𝑓𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑔𝑥 ) ) ) )
58 eqid ( mulGrp ‘ 𝑅 ) = ( mulGrp ‘ 𝑅 )
59 58 4 mgpbas 𝐾 = ( Base ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) )
60 58 10 mgpplusg ( .r𝑅 ) = ( +g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) )
61 eqid ( +𝑓 ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ) = ( +𝑓 ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) )
62 59 60 61 plusffval ( +𝑓 ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ) = ( 𝑦𝐾 , 𝑧𝐾 ↦ ( 𝑦 ( .r𝑅 ) 𝑧 ) )
63 5 61 mulrcn ( 𝑅 ∈ TopRing → ( +𝑓 ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
64 7 63 syl ( 𝜑 → ( +𝑓 ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
65 62 64 eqeltrrid ( 𝜑 → ( 𝑦𝐾 , 𝑧𝐾 ↦ ( 𝑦 ( .r𝑅 ) 𝑧 ) ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
66 65 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑦𝐾 , 𝑧𝐾 ↦ ( 𝑦 ( .r𝑅 ) 𝑧 ) ) ∈ ( ( 𝐽 ×t 𝐽 ) Cn 𝐽 ) )
67 oveq12 ( ( 𝑦 = ( 𝑓𝑥 ) ∧ 𝑧 = ( 𝑔𝑥 ) ) → ( 𝑦 ( .r𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑓𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑔𝑥 ) ) )
68 40 42 44 40 40 66 67 cnmpt12 ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑥𝐾 ↦ ( ( 𝑓𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑔𝑥 ) ) ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
69 57 68 eqeltrd ( ( 𝜑𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
70 69 3adant2l ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑓 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) → ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
71 70 3adant3l ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑓 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ ( 𝑔 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ) → ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
72 71 3expb ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑓 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ∧ ( 𝑔 ∈ ran ( eval1𝑅 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) ) ) → ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
73 eleq1 ( = ( 𝐾 × { 𝑓 } ) → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ ( 𝐾 × { 𝑓 } ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
74 eleq1 ( = ( I ↾ 𝐾 ) → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ ( I ↾ 𝐾 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
75 eleq1 ( = 𝑓 → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ 𝑓 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
76 eleq1 ( = 𝑔 → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ 𝑔 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
77 eleq1 ( = ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ ( 𝑓f ( +g𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
78 eleq1 ( = ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ ( 𝑓f ( .r𝑅 ) 𝑔 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
79 eleq1 ( = ( 𝐸𝐹 ) → ( ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ↔ ( 𝐸𝐹 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) ) )
80 23 adantr ( ( 𝜑𝑓𝐾 ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) )
81 simpr ( ( 𝜑𝑓𝐾 ) → 𝑓𝐾 )
82 cnconst2 ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) ∧ 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) ∧ 𝑓𝐾 ) → ( 𝐾 × { 𝑓 } ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
83 80 80 81 82 syl3anc ( ( 𝜑𝑓𝐾 ) → ( 𝐾 × { 𝑓 } ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
84 idcn ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐾 ) → ( I ↾ 𝐾 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
85 23 84 syl ( 𝜑 → ( I ↾ 𝐾 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )
86 eqid ( 𝑅s 𝐾 ) = ( 𝑅s 𝐾 )
87 2 1 86 4 evl1rhm ( 𝑅 ∈ CRing → 𝐸 ∈ ( 𝑃 RingHom ( 𝑅s 𝐾 ) ) )
88 eqid ( Base ‘ ( 𝑅s 𝐾 ) ) = ( Base ‘ ( 𝑅s 𝐾 ) )
89 3 88 rhmf ( 𝐸 ∈ ( 𝑃 RingHom ( 𝑅s 𝐾 ) ) → 𝐸 : 𝐵 ⟶ ( Base ‘ ( 𝑅s 𝐾 ) ) )
90 ffn ( 𝐸 : 𝐵 ⟶ ( Base ‘ ( 𝑅s 𝐾 ) ) → 𝐸 Fn 𝐵 )
91 dffn3 ( 𝐸 Fn 𝐵𝐸 : 𝐵 ⟶ ran 𝐸 )
92 91 biimpi ( 𝐸 Fn 𝐵𝐸 : 𝐵 ⟶ ran 𝐸 )
93 87 89 90 92 4syl ( 𝑅 ∈ CRing → 𝐸 : 𝐵 ⟶ ran 𝐸 )
94 6 93 syl ( 𝜑𝐸 : 𝐵 ⟶ ran 𝐸 )
95 94 8 ffvelrnd ( 𝜑 → ( 𝐸𝐹 ) ∈ ran 𝐸 )
96 2 rneqi ran 𝐸 = ran ( eval1𝑅 )
97 95 96 eleqtrdi ( 𝜑 → ( 𝐸𝐹 ) ∈ ran ( eval1𝑅 ) )
98 4 9 10 11 56 72 73 74 75 76 77 78 79 83 85 97 pf1ind ( 𝜑 → ( 𝐸𝐹 ) ∈ ( 𝐽 Cn 𝐽 ) )