MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  aalioulem1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem aalioulem1 23778
Description: Lemma for aaliou 23784. An integer polynomial cannot inflate the denominator of a rational by more than its degree. (Contributed by Stefan O'Rear, 12-Nov-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
aalioulem1.a (𝜑𝐹 ∈ (Poly‘ℤ))
aalioulem1.b (𝜑𝑋 ∈ ℤ)
aalioulem1.c (𝜑𝑌 ∈ ℕ)
Assertion
Ref Expression
aalioulem1 (𝜑 → ((𝐹‘(𝑋 / 𝑌)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) ∈ ℤ)

Proof of Theorem aalioulem1
Dummy variable 𝑎 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 aalioulem1.a . . . . 5 (𝜑𝐹 ∈ (Poly‘ℤ))
2 aalioulem1.b . . . . . . 7 (𝜑𝑋 ∈ ℤ)
32zcnd 11223 . . . . . 6 (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
4 aalioulem1.c . . . . . . 7 (𝜑𝑌 ∈ ℕ)
54nncnd 10791 . . . . . 6 (𝜑𝑌 ∈ ℂ)
64nnne0d 10820 . . . . . 6 (𝜑𝑌 ≠ 0)
73, 5, 6divcld 10550 . . . . 5 (𝜑 → (𝑋 / 𝑌) ∈ ℂ)
8 eqid 2514 . . . . . 6 (coeff‘𝐹) = (coeff‘𝐹)
9 eqid 2514 . . . . . 6 (deg‘𝐹) = (deg‘𝐹)
108, 9coeid2 23683 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Poly‘ℤ) ∧ (𝑋 / 𝑌) ∈ ℂ) → (𝐹‘(𝑋 / 𝑌)) = Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))(((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)))
111, 7, 10syl2anc 690 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 / 𝑌)) = Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))(((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)))
1211oveq1d 6441 . . 3 (𝜑 → ((𝐹‘(𝑋 / 𝑌)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = (Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))(((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))))
13 fzfid 12502 . . . 4 (𝜑 → (0...(deg‘𝐹)) ∈ Fin)
14 dgrcl 23677 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (Poly‘ℤ) → (deg‘𝐹) ∈ ℕ0)
151, 14syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (deg‘𝐹) ∈ ℕ0)
165, 15expcld 12738 . . . 4 (𝜑 → (𝑌↑(deg‘𝐹)) ∈ ℂ)
17 0z 11129 . . . . . . . 8 0 ∈ ℤ
188coef2 23675 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (Poly‘ℤ) ∧ 0 ∈ ℤ) → (coeff‘𝐹):ℕ0⟶ℤ)
191, 17, 18sylancl 692 . . . . . . 7 (𝜑 → (coeff‘𝐹):ℕ0⟶ℤ)
20 elfznn0 12170 . . . . . . 7 (𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹)) → 𝑎 ∈ ℕ0)
21 ffvelrn 6149 . . . . . . 7 (((coeff‘𝐹):ℕ0⟶ℤ ∧ 𝑎 ∈ ℕ0) → ((coeff‘𝐹)‘𝑎) ∈ ℤ)
2219, 20, 21syl2an 492 . . . . . 6 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((coeff‘𝐹)‘𝑎) ∈ ℤ)
2322zcnd 11223 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((coeff‘𝐹)‘𝑎) ∈ ℂ)
24 expcl 12608 . . . . . 6 (((𝑋 / 𝑌) ∈ ℂ ∧ 𝑎 ∈ ℕ0) → ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) ∈ ℂ)
257, 20, 24syl2an 492 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) ∈ ℂ)
2623, 25mulcld 9815 . . . 4 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) ∈ ℂ)
2713, 16, 26fsummulc1 14228 . . 3 (𝜑 → (Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))(((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))((((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))))
2812, 27eqtrd 2548 . 2 (𝜑 → ((𝐹‘(𝑋 / 𝑌)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))((((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))))
295adantr 479 . . . . . 6 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑌 ∈ ℂ)
3015adantr 479 . . . . . 6 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (deg‘𝐹) ∈ ℕ0)
3129, 30expcld 12738 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑌↑(deg‘𝐹)) ∈ ℂ)
3223, 25, 31mulassd 9818 . . . 4 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = (((coeff‘𝐹)‘𝑎) · (((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) · (𝑌↑(deg‘𝐹)))))
332adantr 479 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑋 ∈ ℤ)
3433zcnd 11223 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑋 ∈ ℂ)
356adantr 479 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑌 ≠ 0)
3620adantl 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑎 ∈ ℕ0)
3734, 29, 35, 36expdivd 12752 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) = ((𝑋𝑎) / (𝑌𝑎)))
3837oveq1d 6441 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = (((𝑋𝑎) / (𝑌𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))))
3934, 36expcld 12738 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑋𝑎) ∈ ℂ)
40 nnexpcl 12603 . . . . . . . . . 10 ((𝑌 ∈ ℕ ∧ 𝑎 ∈ ℕ0) → (𝑌𝑎) ∈ ℕ)
414, 20, 40syl2an 492 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑌𝑎) ∈ ℕ)
4241nncnd 10791 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑌𝑎) ∈ ℂ)
4341nnne0d 10820 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑌𝑎) ≠ 0)
4439, 42, 31, 43div13d 10574 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((𝑋𝑎) / (𝑌𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = (((𝑌↑(deg‘𝐹)) / (𝑌𝑎)) · (𝑋𝑎)))
4538, 44eqtrd 2548 . . . . . 6 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) = (((𝑌↑(deg‘𝐹)) / (𝑌𝑎)) · (𝑋𝑎)))
46 elfzelz 12081 . . . . . . . . . 10 (𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹)) → 𝑎 ∈ ℤ)
4746adantl 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑎 ∈ ℤ)
4830nn0zd 11220 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (deg‘𝐹) ∈ ℤ)
4929, 35, 47, 48expsubd 12749 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑌↑((deg‘𝐹) − 𝑎)) = ((𝑌↑(deg‘𝐹)) / (𝑌𝑎)))
504adantr 479 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑌 ∈ ℕ)
5150nnzd 11221 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → 𝑌 ∈ ℤ)
52 fznn0sub 12112 . . . . . . . . . 10 (𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹)) → ((deg‘𝐹) − 𝑎) ∈ ℕ0)
5352adantl 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((deg‘𝐹) − 𝑎) ∈ ℕ0)
54 zexpcl 12605 . . . . . . . . 9 ((𝑌 ∈ ℤ ∧ ((deg‘𝐹) − 𝑎) ∈ ℕ0) → (𝑌↑((deg‘𝐹) − 𝑎)) ∈ ℤ)
5551, 53, 54syl2anc 690 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑌↑((deg‘𝐹) − 𝑎)) ∈ ℤ)
5649, 55eqeltrrd 2593 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((𝑌↑(deg‘𝐹)) / (𝑌𝑎)) ∈ ℤ)
57 zexpcl 12605 . . . . . . . 8 ((𝑋 ∈ ℤ ∧ 𝑎 ∈ ℕ0) → (𝑋𝑎) ∈ ℤ)
582, 20, 57syl2an 492 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (𝑋𝑎) ∈ ℤ)
5956, 58zmulcld 11228 . . . . . 6 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((𝑌↑(deg‘𝐹)) / (𝑌𝑎)) · (𝑋𝑎)) ∈ ℤ)
6045, 59eqeltrd 2592 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) ∈ ℤ)
6122, 60zmulcld 11228 . . . 4 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → (((coeff‘𝐹)‘𝑎) · (((𝑋 / 𝑌)↑𝑎) · (𝑌↑(deg‘𝐹)))) ∈ ℤ)
6232, 61eqeltrd 2592 . . 3 ((𝜑𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))) → ((((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) ∈ ℤ)
6313, 62fsumzcl 14182 . 2 (𝜑 → Σ𝑎 ∈ (0...(deg‘𝐹))((((coeff‘𝐹)‘𝑎) · ((𝑋 / 𝑌)↑𝑎)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) ∈ ℤ)
6428, 63eqeltrd 2592 1 (𝜑 → ((𝐹‘(𝑋 / 𝑌)) · (𝑌↑(deg‘𝐹))) ∈ ℤ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1474  wcel 1938  wne 2684  wf 5685  cfv 5689  (class class class)co 6426  cc 9689  0cc0 9691   · cmul 9696  cmin 10017   / cdiv 10433  cn 10775  0cn0 11047  cz 11118  ...cfz 12065  cexp 12590  Σcsu 14133  Polycply 23628  coeffccoe 23630  degcdgr 23631
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1700  ax-4 1713  ax-5 1793  ax-6 1838  ax-7 1885  ax-8 1940  ax-9 1947  ax-10 1966  ax-11 1971  ax-12 1983  ax-13 2137  ax-ext 2494  ax-rep 4597  ax-sep 4607  ax-nul 4616  ax-pow 4668  ax-pr 4732  ax-un 6723  ax-inf2 8297  ax-cnex 9747  ax-resscn 9748  ax-1cn 9749  ax-icn 9750  ax-addcl 9751  ax-addrcl 9752  ax-mulcl 9753  ax-mulrcl 9754  ax-mulcom 9755  ax-addass 9756  ax-mulass 9757  ax-distr 9758  ax-i2m1 9759  ax-1ne0 9760  ax-1rid 9761  ax-rnegex 9762  ax-rrecex 9763  ax-cnre 9764  ax-pre-lttri 9765  ax-pre-lttrn 9766  ax-pre-ltadd 9767  ax-pre-mulgt0 9768  ax-pre-sup 9769  ax-addf 9770
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-fal 1480  df-ex 1695  df-nf 1699  df-sb 1831  df-eu 2366  df-mo 2367  df-clab 2501  df-cleq 2507  df-clel 2510  df-nfc 2644  df-ne 2686  df-nel 2687  df-ral 2805  df-rex 2806  df-reu 2807  df-rmo 2808  df-rab 2809  df-v 3079  df-sbc 3307  df-csb 3404  df-dif 3447  df-un 3449  df-in 3451  df-ss 3458  df-pss 3460  df-nul 3778  df-if 3940  df-pw 4013  df-sn 4029  df-pr 4031  df-tp 4033  df-op 4035  df-uni 4271  df-int 4309  df-iun 4355  df-br 4482  df-opab 4542  df-mpt 4543  df-tr 4579  df-eprel 4843  df-id 4847  df-po 4853  df-so 4854  df-fr 4891  df-se 4892  df-we 4893  df-xp 4938  df-rel 4939  df-cnv 4940  df-co 4941  df-dm 4942  df-rn 4943  df-res 4944  df-ima 4945  df-pred 5487  df-ord 5533  df-on 5534  df-lim 5535  df-suc 5536  df-iota 5653  df-fun 5691  df-fn 5692  df-f 5693  df-f1 5694  df-fo 5695  df-f1o 5696  df-fv 5697  df-isom 5698  df-riota 6388  df-ov 6429  df-oprab 6430  df-mpt2 6431  df-of 6671  df-om 6834  df-1st 6934  df-2nd 6935  df-wrecs 7169  df-recs 7231  df-rdg 7269  df-1o 7323  df-oadd 7327  df-er 7505  df-map 7622  df-pm 7623  df-en 7718  df-dom 7719  df-sdom 7720  df-fin 7721  df-sup 8107  df-inf 8108  df-oi 8174  df-card 8524  df-pnf 9831  df-mnf 9832  df-xr 9833  df-ltxr 9834  df-le 9835  df-sub 10019  df-neg 10020  df-div 10434  df-nn 10776  df-2 10834  df-3 10835  df-n0 11048  df-z 11119  df-uz 11428  df-rp 11575  df-fz 12066  df-fzo 12203  df-fl 12323  df-seq 12532  df-exp 12591  df-hash 12848  df-cj 13546  df-re 13547  df-im 13548  df-sqrt 13682  df-abs 13683  df-clim 13933  df-rlim 13934  df-sum 14134  df-0p 23118  df-ply 23632  df-coe 23634  df-dgr 23635
This theorem is referenced by:  aalioulem4  23781
  Copyright terms: Public domain W3C validator