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Theorem ply1degleel

Description: Characterize elementhood in the set S of polynomials of degree less than N . (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses ply1degltlss.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
ply1degltlss.d 𝐷 = ( deg1𝑅 )
ply1degltlss.1 𝑆 = ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) )
ply1degltlss.3 ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ0 )
ply1degltlss.2 ( 𝜑𝑅 ∈ Ring )
ply1degltel.1 𝐵 = ( Base ‘ 𝑃 )
Assertion ply1degleel ( 𝜑 → ( 𝐹𝑆 ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ply1degltlss.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
2 ply1degltlss.d 𝐷 = ( deg1𝑅 )
3 ply1degltlss.1 𝑆 = ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) )
4 ply1degltlss.3 ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ0 )
5 ply1degltlss.2 ( 𝜑𝑅 ∈ Ring )
6 ply1degltel.1 𝐵 = ( Base ‘ 𝑃 )
7 simpr ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → 𝐹 = ( 0g𝑃 ) )
8 2 1 6 deg1xrf 𝐷 : 𝐵 ⟶ ℝ*
9 8 a1i ( 𝜑𝐷 : 𝐵 ⟶ ℝ* )
10 9 ffnd ( 𝜑𝐷 Fn 𝐵 )
11 1 ply1ring ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring )
12 eqid ( 0g𝑃 ) = ( 0g𝑃 )
13 6 12 ring0cl ( 𝑃 ∈ Ring → ( 0g𝑃 ) ∈ 𝐵 )
14 5 11 13 3syl ( 𝜑 → ( 0g𝑃 ) ∈ 𝐵 )
15 2 1 12 deg1z ( 𝑅 ∈ Ring → ( 𝐷 ‘ ( 0g𝑃 ) ) = -∞ )
16 5 15 syl ( 𝜑 → ( 𝐷 ‘ ( 0g𝑃 ) ) = -∞ )
17 mnfxr -∞ ∈ ℝ*
18 17 a1i ( 𝜑 → -∞ ∈ ℝ* )
19 4 nn0red ( 𝜑𝑁 ∈ ℝ )
20 19 rexrd ( 𝜑𝑁 ∈ ℝ* )
21 18 xrleidd ( 𝜑 → -∞ ≤ -∞ )
22 19 mnfltd ( 𝜑 → -∞ < 𝑁 )
23 18 20 18 21 22 elicod ( 𝜑 → -∞ ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) )
24 16 23 eqeltrd ( 𝜑 → ( 𝐷 ‘ ( 0g𝑃 ) ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) )
25 10 14 24 elpreimad ( 𝜑 → ( 0g𝑃 ) ∈ ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) )
26 25 3 eleqtrrdi ( 𝜑 → ( 0g𝑃 ) ∈ 𝑆 )
27 26 adantr ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → ( 0g𝑃 ) ∈ 𝑆 )
28 7 27 eqeltrd ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → 𝐹𝑆 )
29 cnvimass ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ⊆ dom 𝐷
30 3 29 eqsstri 𝑆 ⊆ dom 𝐷
31 8 fdmi dom 𝐷 = 𝐵
32 30 31 sseqtri 𝑆𝐵
33 32 28 sselid ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → 𝐹𝐵 )
34 7 fveq2d ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐷𝐹 ) = ( 𝐷 ‘ ( 0g𝑃 ) ) )
35 16 adantr ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐷 ‘ ( 0g𝑃 ) ) = -∞ )
36 34 35 eqtrd ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐷𝐹 ) = -∞ )
37 19 adantr ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → 𝑁 ∈ ℝ )
38 37 mnfltd ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → -∞ < 𝑁 )
39 36 38 eqbrtrd ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 )
40 pm5.1 ( ( 𝐹𝑆 ∧ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) → ( 𝐹𝑆 ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
41 28 33 39 40 syl12anc ( ( 𝜑𝐹 = ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐹𝑆 ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
42 3 eleq2i ( 𝐹𝑆𝐹 ∈ ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) )
43 10 adantr ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) → 𝐷 Fn 𝐵 )
44 elpreima ( 𝐷 Fn 𝐵 → ( 𝐹 ∈ ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ) )
45 43 44 syl ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐹 ∈ ( 𝐷 “ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ) )
46 42 45 bitrid ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐹𝑆 ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ) )
47 5 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → 𝑅 ∈ Ring )
48 simpr ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → 𝐹𝐵 )
49 simplr ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → 𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) )
50 2 1 12 6 deg1nn0cl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐹𝐵𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℕ0 )
51 47 48 49 50 syl3anc ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℕ0 )
52 51 nn0red ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ )
53 52 rexrd ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* )
54 53 mnfled ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) )
55 53 54 jca ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* ∧ -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) ) )
56 20 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → 𝑁 ∈ ℝ* )
57 elico1 ( ( -∞ ∈ ℝ*𝑁 ∈ ℝ* ) → ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ↔ ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* ∧ -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
58 17 56 57 sylancr ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ↔ ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* ∧ -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
59 df-3an ( ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* ∧ -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ↔ ( ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* ∧ -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) ) ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) )
60 58 59 bitrdi ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ↔ ( ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ℝ* ∧ -∞ ≤ ( 𝐷𝐹 ) ) ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
61 55 60 mpbirand ( ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) ∧ 𝐹𝐵 ) → ( ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ↔ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) )
62 61 pm5.32da ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) → ( ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) ∈ ( -∞ [,) 𝑁 ) ) ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
63 46 62 bitrd ( ( 𝜑𝐹 ≠ ( 0g𝑃 ) ) → ( 𝐹𝑆 ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )
64 41 63 pm2.61dane ( 𝜑 → ( 𝐹𝑆 ↔ ( 𝐹𝐵 ∧ ( 𝐷𝐹 ) < 𝑁 ) ) )