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Theorem q1pdir

Description: Distribution of univariate polynomial quotient over addition. (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses r1padd1.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
r1padd1.u 𝑈 = ( Base ‘ 𝑃 )
r1padd1.n 𝑁 = ( Unic1p𝑅 )
q1pdir.d / = ( quot1p𝑅 )
q1pdir.r ( 𝜑𝑅 ∈ Ring )
q1pdir.a ( 𝜑𝐴𝑈 )
q1pdir.c ( 𝜑𝐶𝑁 )
q1pdir.b ( 𝜑𝐵𝑈 )
q1pdir.1 + = ( +g𝑃 )
Assertion q1pdir ( 𝜑 → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) / 𝐶 ) = ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 r1padd1.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
2 r1padd1.u 𝑈 = ( Base ‘ 𝑃 )
3 r1padd1.n 𝑁 = ( Unic1p𝑅 )
4 q1pdir.d / = ( quot1p𝑅 )
5 q1pdir.r ( 𝜑𝑅 ∈ Ring )
6 q1pdir.a ( 𝜑𝐴𝑈 )
7 q1pdir.c ( 𝜑𝐶𝑁 )
8 q1pdir.b ( 𝜑𝐵𝑈 )
9 q1pdir.1 + = ( +g𝑃 )
10 1 ply1ring ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring )
11 5 10 syl ( 𝜑𝑃 ∈ Ring )
12 11 ringgrpd ( 𝜑𝑃 ∈ Grp )
13 2 9 12 6 8 grpcld ( 𝜑 → ( 𝐴 + 𝐵 ) ∈ 𝑈 )
14 4 1 2 3 q1pcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐴𝑈𝐶𝑁 ) → ( 𝐴 / 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
15 5 6 7 14 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐴 / 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
16 4 1 2 3 q1pcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐵𝑈𝐶𝑁 ) → ( 𝐵 / 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
17 5 8 7 16 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐵 / 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
18 2 9 12 15 17 grpcld ( 𝜑 → ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ∈ 𝑈 )
19 1 2 3 uc1pcl ( 𝐶𝑁𝐶𝑈 )
20 7 19 syl ( 𝜑𝐶𝑈 )
21 eqid ( .r𝑃 ) = ( .r𝑃 )
22 2 9 21 ringdir ( ( 𝑃 ∈ Ring ∧ ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ∈ 𝑈 ∧ ( 𝐵 / 𝐶 ) ∈ 𝑈𝐶𝑈 ) ) → ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) = ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) + ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) )
23 11 15 17 20 22 syl13anc ( 𝜑 → ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) = ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) + ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) )
24 23 oveq2d ( 𝜑 → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) = ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) + ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) )
25 11 ringabld ( 𝜑𝑃 ∈ Abel )
26 2 21 11 15 20 ringcld ( 𝜑 → ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
27 2 21 11 17 20 ringcld ( 𝜑 → ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
28 eqid ( -g𝑃 ) = ( -g𝑃 )
29 2 9 28 ablsub4 ( ( 𝑃 ∈ Abel ∧ ( 𝐴𝑈𝐵𝑈 ) ∧ ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 ) ) → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) + ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) = ( ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) + ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) )
30 25 6 8 26 27 29 syl122anc ( 𝜑 → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) + ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) = ( ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) + ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) )
31 24 30 eqtrd ( 𝜑 → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) = ( ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) + ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) )
32 31 fveq2d ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) = ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) + ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) ) )
33 eqid ( deg1𝑅 ) = ( deg1𝑅 )
34 eqid ( rem1p𝑅 ) = ( rem1p𝑅 )
35 34 1 2 4 21 28 r1pval ( ( 𝐴𝑈𝐶𝑈 ) → ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) = ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) )
36 6 20 35 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) = ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) )
37 34 1 2 3 r1pcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐴𝑈𝐶𝑁 ) → ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
38 5 6 7 37 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
39 36 38 eqeltrrd ( 𝜑 → ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ∈ 𝑈 )
40 34 1 2 4 21 28 r1pval ( ( 𝐵𝑈𝐶𝑈 ) → ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) = ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) )
41 8 20 40 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) = ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) )
42 34 1 2 3 r1pcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐵𝑈𝐶𝑁 ) → ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
43 5 8 7 42 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ∈ 𝑈 )
44 41 43 eqeltrrd ( 𝜑 → ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ∈ 𝑈 )
45 33 1 2 deg1xrcl ( 𝐶𝑈 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) ∈ ℝ* )
46 20 45 syl ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) ∈ ℝ* )
47 36 fveq2d ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ) = ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) )
48 34 1 2 3 33 r1pdeglt ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐴𝑈𝐶𝑁 ) → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
49 5 6 7 48 syl3anc ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐴 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
50 47 49 eqbrtrrd ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
51 41 fveq2d ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ) = ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) )
52 34 1 2 3 33 r1pdeglt ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐵𝑈𝐶𝑁 ) → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
53 5 8 7 52 syl3anc ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐵 ( rem1p𝑅 ) 𝐶 ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
54 51 53 eqbrtrrd ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
55 1 33 5 2 9 39 44 46 50 54 deg1addlt ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( ( 𝐴 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐴 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) + ( 𝐵 ( -g𝑃 ) ( ( 𝐵 / 𝐶 ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
56 32 55 eqbrtrd ( 𝜑 → ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) )
57 4 1 2 33 28 21 3 q1peqb ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝐴 + 𝐵 ) ∈ 𝑈𝐶𝑁 ) → ( ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) ) ↔ ( ( 𝐴 + 𝐵 ) / 𝐶 ) = ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ) )
58 57 biimpa ( ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝐴 + 𝐵 ) ∈ 𝑈𝐶𝑁 ) ∧ ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( deg1𝑅 ) ‘ ( ( 𝐴 + 𝐵 ) ( -g𝑃 ) ( ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) ( .r𝑃 ) 𝐶 ) ) ) < ( ( deg1𝑅 ) ‘ 𝐶 ) ) ) → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) / 𝐶 ) = ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) )
59 5 13 7 18 56 58 syl32anc ( 𝜑 → ( ( 𝐴 + 𝐵 ) / 𝐶 ) = ( ( 𝐴 / 𝐶 ) + ( 𝐵 / 𝐶 ) ) )