Theorem algextdeglem3 34109

Description: Lemma for algextdeg 34115. The quotient 𝑃 / 𝑍 of the vector space 𝑃 of polynomials by the subspace 𝑍 of polynomials annihilating 𝐴 is itself a vector space. (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Apr-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
algextdeg.k	⊢ 𝐾 = (𝐸 ↾s 𝐹)
algextdeg.l	⊢ 𝐿 = (𝐸 ↾s (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
algextdeg.d	⊢ 𝐷 = (deg1‘𝐸)
algextdeg.m	⊢ 𝑀 = (𝐸 minPoly 𝐹)
algextdeg.f	⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Field)
algextdeg.e	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
algextdeg.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐸 IntgRing 𝐹))
algextdeglem.o	⊢ 𝑂 = (𝐸 evalSub1 𝐹)
algextdeglem.y	⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝐾)
algextdeglem.u	⊢ 𝑈 = (Base‘𝑃)
algextdeglem.g	⊢ 𝐺 = (𝑝 ∈ 𝑈 ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
algextdeglem.n	⊢ 𝑁 = (𝑥 ∈ 𝑈 ↦ [𝑥](𝑃 ~QG 𝑍))
algextdeglem.z	⊢ 𝑍 = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐿)})
algextdeglem.q	⊢ 𝑄 = (𝑃 /s (𝑃 ~QG 𝑍))
algextdeglem.j	⊢ 𝐽 = (𝑝 ∈ (Base‘𝑄) ↦ ∪ (𝐺 “ 𝑝))

Assertion

Ref	Expression
algextdeglem3	⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ LVec)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑝   𝐸,𝑝   𝐹,𝑝,𝑥   𝐺,𝑝,𝑥   𝐽,𝑝,𝑥   𝐾,𝑝   𝐿,𝑝,𝑥   𝑥,𝑁   𝑂,𝑝   𝑃,𝑝,𝑥   𝑄,𝑝,𝑥   𝑈,𝑝,𝑥   𝑍,𝑝,𝑥   𝜑,𝑝,𝑥

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥)   𝐷(𝑥,𝑝)   𝐸(𝑥)   𝐾(𝑥)   𝑀(𝑥,𝑝)   𝑁(𝑝)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem algextdeglem3

Step	Hyp	Ref	Expression
1		algextdeglem.q	. 2 ⊢ 𝑄 = (𝑃 /s (𝑃 ~QG 𝑍))
2		algextdeglem.y	. . . 4 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝐾)
3		algextdeg.k	. . . . 5 ⊢ 𝐾 = (𝐸 ↾s 𝐹)
4	3	fveq2i 6884	. . . 4 ⊢ (Poly1‘𝐾) = (Poly1‘(𝐸 ↾s 𝐹))
5	2, 4	eqtri 2786	. . 3 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘(𝐸 ↾s 𝐹))
6		algextdeg.e	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
7		issdrg 20891	. . . . 5 ⊢ (𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸) ↔ (𝐸 ∈ DivRing ∧ 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) ∧ (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing))
8	6, 7	sylib 221	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐸 ∈ DivRing ∧ 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) ∧ (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing))
9	8	simp3d 1162	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing)
10	5, 9	ply1lvec 33849	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ LVec)
11		algextdeglem.z	. . . 4 ⊢ 𝑍 = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐿)})
12		eqidd 2764	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹) = ((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))
13		eqidd 2764	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝐿) = (0g‘𝐿))
14		eqid 2763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (Base‘𝐸) = (Base‘𝐸)
15		algextdeg.f	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Field)
16	15	flddrngd 20841	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ DivRing)
17	8	simp2d 1161	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸))
18		subrgsubg 20676	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) → 𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐸))
19	14	subgss 19188	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐸) → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐸))
20	17, 18, 19	3syl 19	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐸))
21		algextdeglem.o	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 𝑂 = (𝐸 evalSub1 𝐹)
22		eqid 2763	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (0g‘𝐸) = (0g‘𝐸)
23	15	fldcrngd 20842	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ CRing)
24	21, 3, 14, 22, 23, 17	irngssv 34078	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (𝐸 IntgRing 𝐹) ⊆ (Base‘𝐸))
25		algextdeg.a	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐸 IntgRing 𝐹))
26	24, 25	sseldd 3938	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (Base‘𝐸))
27	26	snssd 4752	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → {𝐴} ⊆ (Base‘𝐸))
28	20, 27	unssd 4145	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝐴}) ⊆ (Base‘𝐸))
29	14, 16, 28	fldgenssid 33634	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝐴}) ⊆ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
30	29	unssad 4146	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
31	14, 16, 28	fldgenssv 33636	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ⊆ (Base‘𝐸))
32		algextdeg.l	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐿 = (𝐸 ↾s (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
33	32, 14	ressbas2 17293	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ⊆ (Base‘𝐸) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) = (Base‘𝐿))
34	31, 33	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) = (Base‘𝐿))
35	30, 34	sseqtrd 3973	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐿))
36	12, 13, 35	sralmod0 21309	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝐿) = (0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹)))
37	36	sneqd 4601	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {(0g‘𝐿)} = {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))})
38	37	imaeq2d 6062	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (◡𝐺 “ {(0g‘𝐿)}) = (◡𝐺 “ {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))}))
39	11, 38	eqtrid 2810	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑍 = (◡𝐺 “ {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))}))
40		algextdeg.d	. . . . 5 ⊢ 𝐷 = (deg1‘𝐸)
41		algextdeg.m	. . . . 5 ⊢ 𝑀 = (𝐸 minPoly 𝐹)
42		algextdeglem.u	. . . . 5 ⊢ 𝑈 = (Base‘𝑃)
43		algextdeglem.g	. . . . 5 ⊢ 𝐺 = (𝑝 ∈ 𝑈 ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
44		algextdeglem.n	. . . . 5 ⊢ 𝑁 = (𝑥 ∈ 𝑈 ↦ [𝑥](𝑃 ~QG 𝑍))
45		algextdeglem.j	. . . . 5 ⊢ 𝐽 = (𝑝 ∈ (Base‘𝑄) ↦ ∪ (𝐺 “ 𝑝))
46	3, 32, 40, 41, 15, 6, 25, 21, 2, 42, 43, 44, 11, 1, 45	algextdeglem2 34108	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ (𝑃 LMHom ((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹)))
47		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (◡𝐺 “ {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))}) = (◡𝐺 “ {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))})
48		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹)) = (0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))
49		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (LSubSp‘𝑃) = (LSubSp‘𝑃)
50	47, 48, 49	lmhmkerlss 21172	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ (𝑃 LMHom ((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹)) → (◡𝐺 “ {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))}) ∈ (LSubSp‘𝑃))
51	46, 50	syl 18	. . 3 ⊢ (𝜑 → (◡𝐺 “ {(0g‘((subringAlg ‘𝐿)‘𝐹))}) ∈ (LSubSp‘𝑃))
52	39, 51	eqeltrd 2863	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ (LSubSp‘𝑃))
53	1, 10, 52	quslvec 33680	1 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ LVec)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2143   ∪ cun 3903   ⊆ wss 3905  {csn 4589  ∪ cuni 4872   ↦ cmpt 5192  ^◡ccnv 5660   “ cima 5664  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  [cec 8688  Basecbs 17264   ↾_s cress 17285  0_gc0g 17487   /_s cqus 17554  SubGrpcsubg 19181   ~_QG cqg 19183  SubRingcsubrg 20668  DivRingcdr 20827  Fieldcfield 20828  SubDRingcsdrg 20889  LSubSpclss 21052   LMHom clmhm 21140  LVecclvec 21223  subringAlg csra 21292  Poly₁cpl1 22337   evalSub₁ ces1 22473  deg₁cdg1 26211   fldGen cfldgen 33631   IntgRing cirng 34073   minPoly cminply 34089

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-tp 4594  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-of 7674  df-ofr 7675  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-supp 8153  df-tpos 8218  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-er 8690  df-ec 8692  df-qs 8696  df-map 8822  df-pm 8823  df-ixp 8892  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fsupp 9318  df-sup 9398  df-inf 9399  df-oi 9468  df-card 9921  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-nn 12229  df-2 12298  df-3 12299  df-4 12300  df-5 12301  df-6 12302  df-7 12303  df-8 12304  df-9 12305  df-n0 12500  df-z 12587  df-dec 12707  df-uz 12858  df-fz 13531  df-fzo 13679  df-seq 14034  df-hash 14363  df-struct 17202  df-sets 17219  df-slot 17237  df-ndx 17249  df-base 17265  df-ress 17286  df-plusg 17318  df-mulr 17319  df-sca 17321  df-vsca 17322  df-ip 17323  df-tset 17324  df-ple 17325  df-ds 17327  df-hom 17329  df-cco 17330  df-0g 17489  df-gsum 17490  df-prds 17495  df-pws 17497  df-imas 17557  df-qus 17558  df-mre 17633  df-mrc 17634  df-acs 17636  df-mgm 18693  df-sgrp 18772  df-mnd 18788  df-mhm 18836  df-submnd 18837  df-grp 18998  df-minusg 18999  df-sbg 19000  df-mulg 19129  df-subg 19184  df-nsg 19185  df-eqg 19186  df-ghm 19279  df-cntz 19382  df-cmn 19847  df-abl 19848  df-mgp 20212  df-rng 20226  df-ur 20259  df-srg 20264  df-ring 20312  df-cring 20313  df-oppr 20415  df-dvdsr 20435  df-unit 20436  df-invr 20466  df-dvr 20479  df-rhm 20550  df-subrng 20645  df-subrg 20669  df-drng 20829  df-field 20830  df-sdrg 20890  df-lmod 20983  df-lss 21053  df-lsp 21093  df-lmhm 21143  df-lvec 21224  df-sra 21294  df-assa 22003  df-asp 22004  df-ascl 22005  df-psr 22059  df-mvr 22060  df-mpl 22061  df-opsr 22063  df-evls 22225  df-evl 22226  df-psr1 22340  df-vr1 22341  df-ply1 22342  df-coe1 22343  df-evls1 22475  df-evl1 22476  df-mon1 26288  df-fldgen 33632  df-irng 34074

This theorem is referenced by:  algextdeglem4  34110  algextdeglem6  34112