Metamath Proof Explorer


Theorem gsumsmonply1

Description: A finite group sum of scaled monomials is a univariate polynomial. (Contributed by AV, 8-Oct-2019)

Ref Expression
Hypotheses gsummonply1.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
gsummonply1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
gsummonply1.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
gsummonply1.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
gsummonply1.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
gsummonply1.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘… )
gsummonply1.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ƒ )
gsummonply1.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
gsummonply1.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ๐ด โˆˆ ๐พ )
gsummonply1.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ๐ด ) finSupp 0 )
Assertion gsumsmonply1 ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) โˆˆ ๐ต )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gsummonply1.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
2 gsummonply1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
3 gsummonply1.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
4 gsummonply1.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
5 gsummonply1.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
6 gsummonply1.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘… )
7 gsummonply1.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ƒ )
8 gsummonply1.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
9 gsummonply1.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ๐ด โˆˆ ๐พ )
10 gsummonply1.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ๐ด ) finSupp 0 )
11 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ )
12 1 ply1ring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
13 ringcmn โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CMnd )
14 5 12 13 3syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CMnd )
15 nn0ex โŠข โ„•0 โˆˆ V
16 15 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โ„•0 โˆˆ V )
17 9 r19.21bi โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐พ )
18 5 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
19 simp3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐พ )
20 simp2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
21 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ )
22 6 1 3 7 21 4 2 ply1tmcl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ๐ต )
23 18 19 20 22 syl3anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ๐ต )
24 17 23 mpd3an3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ๐ต )
25 24 fmpttd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) : โ„•0 โŸถ ๐ต )
26 1 ply1lmod โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ LMod )
27 5 26 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ LMod )
28 1 ply1sca โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘ƒ ) )
29 5 28 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘ƒ ) )
30 1 3 21 4 2 ply1moncl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ๐ต )
31 5 30 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ๐ต )
32 16 27 29 2 17 31 11 8 7 10 mptscmfsupp0 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘ƒ ) )
33 2 11 14 16 25 32 gsumcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) โˆˆ ๐ต )