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Theorem ply1mulgsumlem4

Description: Lemma 4 for ply1mulgsum . (Contributed by AV, 19-Oct-2019)

Ref Expression
Hypotheses ply1mulgsum.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
ply1mulgsum.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑃 )
ply1mulgsum.a 𝐴 = ( coe1𝐾 )
ply1mulgsum.c 𝐶 = ( coe1𝐿 )
ply1mulgsum.x 𝑋 = ( var1𝑅 )
ply1mulgsum.pm × = ( .r𝑃 )
ply1mulgsum.sm · = ( ·𝑠𝑃 )
ply1mulgsum.rm = ( .r𝑅 )
ply1mulgsum.m 𝑀 = ( mulGrp ‘ 𝑃 )
ply1mulgsum.e = ( .g𝑀 )
Assertion ply1mulgsumlem4 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → ( 𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) ) finSupp ( 0g𝑃 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ply1mulgsum.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
2 ply1mulgsum.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑃 )
3 ply1mulgsum.a 𝐴 = ( coe1𝐾 )
4 ply1mulgsum.c 𝐶 = ( coe1𝐿 )
5 ply1mulgsum.x 𝑋 = ( var1𝑅 )
6 ply1mulgsum.pm × = ( .r𝑃 )
7 ply1mulgsum.sm · = ( ·𝑠𝑃 )
8 ply1mulgsum.rm = ( .r𝑅 )
9 ply1mulgsum.m 𝑀 = ( mulGrp ‘ 𝑃 )
10 ply1mulgsum.e = ( .g𝑀 )
11 fvexd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → ( 0g𝑃 ) ∈ V )
12 ovexd ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0 ) → ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) ∈ V )
13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ply1mulgsumlem2 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → ∃ 𝑠 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ0 ( 𝑠 < 𝑛 → ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) ) )
14 vex 𝑛 ∈ V
15 csbov12g ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 𝑛 / 𝑘 ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · 𝑛 / 𝑘 ( 𝑘 𝑋 ) ) )
16 csbov2g ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) = ( 𝑅 Σg 𝑛 / 𝑘 ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) )
17 id ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 ∈ V )
18 oveq2 ( 𝑘 = 𝑛 → ( 0 ... 𝑘 ) = ( 0 ... 𝑛 ) )
19 fvoveq1 ( 𝑘 = 𝑛 → ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) = ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) )
20 19 oveq2d ( 𝑘 = 𝑛 → ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) = ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) )
21 18 20 mpteq12dv ( 𝑘 = 𝑛 → ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) = ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) )
22 21 adantl ( ( 𝑛 ∈ V ∧ 𝑘 = 𝑛 ) → ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) = ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) )
23 17 22 csbied ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) = ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) )
24 23 oveq2d ( 𝑛 ∈ V → ( 𝑅 Σg 𝑛 / 𝑘 ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) = ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) )
25 16 24 eqtrd ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) = ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) )
26 csbov1g ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( 𝑘 𝑋 ) = ( 𝑛 / 𝑘 𝑘 𝑋 ) )
27 csbvarg ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 𝑘 = 𝑛 )
28 27 oveq1d ( 𝑛 ∈ V → ( 𝑛 / 𝑘 𝑘 𝑋 ) = ( 𝑛 𝑋 ) )
29 26 28 eqtrd ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( 𝑘 𝑋 ) = ( 𝑛 𝑋 ) )
30 25 29 oveq12d ( 𝑛 ∈ V → ( 𝑛 / 𝑘 ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · 𝑛 / 𝑘 ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) )
31 15 30 eqtrd ( 𝑛 ∈ V → 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) )
32 14 31 ax-mp 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) )
33 oveq1 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) → ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) = ( ( 0g𝑅 ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) )
34 1 ply1sca ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑃 ) )
35 34 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑃 ) )
36 35 ad2antrr ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑃 ) )
37 36 fveq2d ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( 0g𝑅 ) = ( 0g ‘ ( Scalar ‘ 𝑃 ) ) )
38 37 oveq1d ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( ( 0g𝑅 ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) = ( ( 0g ‘ ( Scalar ‘ 𝑃 ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) )
39 1 ply1lmod ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ LMod )
40 39 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → 𝑃 ∈ LMod )
41 40 ad2antrr ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → 𝑃 ∈ LMod )
42 1 ply1ring ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring )
43 9 ringmgp ( 𝑃 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd )
44 42 43 syl ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd )
45 44 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → 𝑀 ∈ Mnd )
46 45 ad2antrr ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → 𝑀 ∈ Mnd )
47 simpr ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → 𝑛 ∈ ℕ0 )
48 5 1 2 vr1cl ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑋𝐵 )
49 48 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → 𝑋𝐵 )
50 49 ad2antrr ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → 𝑋𝐵 )
51 9 2 mgpbas 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
52 51 10 mulgnn0cl ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑛 ∈ ℕ0𝑋𝐵 ) → ( 𝑛 𝑋 ) ∈ 𝐵 )
53 46 47 50 52 syl3anc ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( 𝑛 𝑋 ) ∈ 𝐵 )
54 eqid ( Scalar ‘ 𝑃 ) = ( Scalar ‘ 𝑃 )
55 eqid ( 0g ‘ ( Scalar ‘ 𝑃 ) ) = ( 0g ‘ ( Scalar ‘ 𝑃 ) )
56 eqid ( 0g𝑃 ) = ( 0g𝑃 )
57 2 54 7 55 56 lmod0vs ( ( 𝑃 ∈ LMod ∧ ( 𝑛 𝑋 ) ∈ 𝐵 ) → ( ( 0g ‘ ( Scalar ‘ 𝑃 ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) )
58 41 53 57 syl2anc ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( ( 0g ‘ ( Scalar ‘ 𝑃 ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) )
59 38 58 eqtrd ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( ( 0g𝑅 ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) )
60 33 59 sylan9eqr ( ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) ∧ ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) ) → ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑛 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) )
61 32 60 syl5eq ( ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) ∧ ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) ) → 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) )
62 61 ex ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) → 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) ) )
63 62 imim2d ( ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ) → ( ( 𝑠 < 𝑛 → ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) ) → ( 𝑠 < 𝑛 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) ) ) )
64 63 ralimdva ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) ∧ 𝑠 ∈ ℕ0 ) → ( ∀ 𝑛 ∈ ℕ0 ( 𝑠 < 𝑛 → ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ0 ( 𝑠 < 𝑛 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) ) ) )
65 64 reximdva ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → ( ∃ 𝑠 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ0 ( 𝑠 < 𝑛 → ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑛 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑛𝑙 ) ) ) ) ) = ( 0g𝑅 ) ) → ∃ 𝑠 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ0 ( 𝑠 < 𝑛 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) ) ) )
66 13 65 mpd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → ∃ 𝑠 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ0 ( 𝑠 < 𝑛 𝑛 / 𝑘 ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) = ( 0g𝑃 ) ) )
67 11 12 66 mptnn0fsupp ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐾𝐵𝐿𝐵 ) → ( 𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ( ( 𝑅 Σg ( 𝑙 ∈ ( 0 ... 𝑘 ) ↦ ( ( 𝐴𝑙 ) ( 𝐶 ‘ ( 𝑘𝑙 ) ) ) ) ) · ( 𝑘 𝑋 ) ) ) finSupp ( 0g𝑃 ) )