Metamath Proof Explorer


Theorem ply1divmo

Description: Uniqueness of a quotient in a polynomial division. For polynomials F , G such that G =/= 0 and the leading coefficient of G is not a zero divisor, there is at most one polynomial q which satisfies F = ( G x. q ) + r where the degree of r is less than the degree of G . (Contributed by Stefan O'Rear, 26-Mar-2015) (Revised by NM, 17-Jun-2017)

Ref Expression
Hypotheses ply1divalg.p ⊢ P = Poly 1 ⁡ R
ply1divalg.d ⊢ D = deg 1 ⁡ R
ply1divalg.b ⊢ B = Base P
ply1divalg.m ⊢ - ˙ = - P
ply1divalg.z ⊢ 0 ˙ = 0 P
ply1divalg.t ⊢ ∙ ˙ = ⋅ P
ply1divalg.r1 ⊢ φ → R ∈ Ring
ply1divalg.f ⊢ φ → F ∈ B
ply1divalg.g1 ⊢ φ → G ∈ B
ply1divalg.g2 ⊢ φ → G ≠ 0 ˙
ply1divmo.g3 ⊢ φ → coe 1 ⁡ G ⁡ D ⁡ G ∈ E
ply1divmo.e ⊢ E = RLReg ⁡ R
Assertion ply1divmo ⊢ φ → ∃* q ∈ B D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ply1divalg.p ⊢ P = Poly 1 ⁡ R
2 ply1divalg.d ⊢ D = deg 1 ⁡ R
3 ply1divalg.b ⊢ B = Base P
4 ply1divalg.m ⊢ - ˙ = - P
5 ply1divalg.z ⊢ 0 ˙ = 0 P
6 ply1divalg.t ⊢ ∙ ˙ = ⋅ P
7 ply1divalg.r1 ⊢ φ → R ∈ Ring
8 ply1divalg.f ⊢ φ → F ∈ B
9 ply1divalg.g1 ⊢ φ → G ∈ B
10 ply1divalg.g2 ⊢ φ → G ≠ 0 ˙
11 ply1divmo.g3 ⊢ φ → coe 1 ⁡ G ⁡ D ⁡ G ∈ E
12 ply1divmo.e ⊢ E = RLReg ⁡ R
13 7 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → R ∈ Ring
14 1 ply1ring ⊢ R ∈ Ring → P ∈ Ring
15 13 14 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → P ∈ Ring
16 ringgrp ⊢ P ∈ Ring → P ∈ Grp
17 15 16 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → P ∈ Grp
18 8 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → F ∈ B
19 9 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → G ∈ B
20 simprl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → q ∈ B
21 3 6 ringcl ⊢ P ∈ Ring ∧ G ∈ B ∧ q ∈ B → G ∙ ˙ q ∈ B
22 15 19 20 21 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → G ∙ ˙ q ∈ B
23 3 4 grpsubcl ⊢ P ∈ Grp ∧ F ∈ B ∧ G ∙ ˙ q ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ B
24 17 18 22 23 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ B
25 simprr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → r ∈ B
26 3 6 ringcl ⊢ P ∈ Ring ∧ G ∈ B ∧ r ∈ B → G ∙ ˙ r ∈ B
27 15 19 25 26 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → G ∙ ˙ r ∈ B
28 3 4 grpsubcl ⊢ P ∈ Grp ∧ F ∈ B ∧ G ∙ ˙ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B
29 17 18 27 28 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B
30 3 4 grpsubcl ⊢ P ∈ Grp ∧ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ B ∧ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B
31 17 24 29 30 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B
32 2 1 3 deg1xrcl ⊢ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ *
33 31 32 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ *
34 2 1 3 deg1xrcl ⊢ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ *
35 29 34 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ *
36 2 1 3 deg1xrcl ⊢ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ *
37 24 36 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ *
38 35 37 ifcld ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ *
39 2 1 3 deg1xrcl ⊢ G ∈ B → D ⁡ G ∈ ℝ *
40 19 39 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ G ∈ ℝ *
41 33 38 40 3jca ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ * ∧ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ * ∧ D ⁡ G ∈ ℝ *
42 41 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ * ∧ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ * ∧ D ⁡ G ∈ ℝ *
43 1 2 13 3 4 24 29 deg1suble ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ≤ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q
44 43 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ≤ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q
45 xrmaxlt ⊢ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ * ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ * ∧ D ⁡ G ∈ ℝ * → if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ↔ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
46 37 35 40 45 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ↔ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
47 46 biimpar ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G
48 44 47 jca ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ≤ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∧ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G
49 xrlelttr ⊢ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ∈ ℝ * ∧ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∈ ℝ * ∧ D ⁡ G ∈ ℝ * → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ≤ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ∧ if D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
50 42 48 49 sylc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
51 50 ex ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
52 2 1 5 3 deg1nn0cl ⊢ R ∈ Ring ∧ G ∈ B ∧ G ≠ 0 ˙ → D ⁡ G ∈ ℕ 0
53 7 9 10 52 syl3anc ⊢ φ → D ⁡ G ∈ ℕ 0
54 53 ad2antrr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ∈ ℕ 0
55 54 nn0red ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ∈ ℝ
56 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → R ∈ Ring
57 3 4 grpsubcl ⊢ P ∈ Grp ∧ r ∈ B ∧ q ∈ B → r - ˙ q ∈ B
58 17 25 20 57 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → r - ˙ q ∈ B
59 58 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → r - ˙ q ∈ B
60 3 5 4 grpsubeq0 ⊢ P ∈ Grp ∧ r ∈ B ∧ q ∈ B → r - ˙ q = 0 ˙ ↔ r = q
61 17 25 20 60 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → r - ˙ q = 0 ˙ ↔ r = q
62 equcom ⊢ r = q ↔ q = r
63 61 62 bitrdi ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → r - ˙ q = 0 ˙ ↔ q = r
64 63 necon3bid ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → r - ˙ q ≠ 0 ˙ ↔ q ≠ r
65 64 biimpar ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → r - ˙ q ≠ 0 ˙
66 2 1 5 3 deg1nn0cl ⊢ R ∈ Ring ∧ r - ˙ q ∈ B ∧ r - ˙ q ≠ 0 ˙ → D ⁡ r - ˙ q ∈ ℕ 0
67 56 59 65 66 syl3anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ r - ˙ q ∈ ℕ 0
68 nn0addge1 ⊢ D ⁡ G ∈ ℝ ∧ D ⁡ r - ˙ q ∈ ℕ 0 → D ⁡ G ≤ D ⁡ G + D ⁡ r - ˙ q
69 55 67 68 syl2anc ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ≤ D ⁡ G + D ⁡ r - ˙ q
70 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → G ∈ B
71 10 ad2antrr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → G ≠ 0 ˙
72 11 ad2antrr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → coe 1 ⁡ G ⁡ D ⁡ G ∈ E
73 2 1 12 3 6 5 56 70 71 72 59 65 deg1mul2 ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ∙ ˙ r - ˙ q = D ⁡ G + D ⁡ r - ˙ q
74 69 73 breqtrrd ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ≤ D ⁡ G ∙ ˙ r - ˙ q
75 ringabl ⊢ P ∈ Ring → P ∈ Abel
76 15 75 syl ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → P ∈ Abel
77 3 4 76 18 22 27 ablnnncan1 ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r = G ∙ ˙ r - ˙ G ∙ ˙ q
78 3 6 4 15 19 25 20 ringsubdi ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → G ∙ ˙ r - ˙ q = G ∙ ˙ r - ˙ G ∙ ˙ q
79 77 78 eqtr4d ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r = G ∙ ˙ r - ˙ q
80 79 fveq2d ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r = D ⁡ G ∙ ˙ r - ˙ q
81 80 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r = D ⁡ G ∙ ˙ r - ˙ q
82 74 81 breqtrrd ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r
83 40 33 xrlenltd ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ G ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ↔ ¬ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
84 83 adantr ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → D ⁡ G ≤ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r ↔ ¬ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
85 82 84 mpbid ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B ∧ q ≠ r → ¬ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
86 85 ex ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → q ≠ r → ¬ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
87 86 necon4ad ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q - ˙ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → q = r
88 51 87 syld ⊢ φ ∧ q ∈ B ∧ r ∈ B → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → q = r
89 88 ralrimivva ⊢ φ → ∀ q ∈ B ∀ r ∈ B D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → q = r
90 oveq2 ⊢ q = r → G ∙ ˙ q = G ∙ ˙ r
91 90 oveq2d ⊢ q = r → F - ˙ G ∙ ˙ q = F - ˙ G ∙ ˙ r
92 91 fveq2d ⊢ q = r → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q = D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r
93 92 breq1d ⊢ q = r → D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ↔ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G
94 93 rmo4 ⊢ ∃* q ∈ B D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ↔ ∀ q ∈ B ∀ r ∈ B D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G ∧ D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ r < D ⁡ G → q = r
95 89 94 sylibr ⊢ φ → ∃* q ∈ B D ⁡ F - ˙ G ∙ ˙ q < D ⁡ G