Theorem algextdeglem5 34151

Description: Lemma for algextdeg 34155. The subspace 𝑍 of annihilators of 𝐴 is a principal ideal generated by the minimal polynomial. (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
algextdeglem5	⊢ (𝜑 → 𝑍 = ((RSpan‘𝑃)‘{(𝑀‘𝐴)}))

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 algextdeglem5

Dummy variable 𝑞 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		algextdeglem.o	. . 3 ⊢ 𝑂 = (𝐸 evalSub1 𝐹)
2		algextdeglem.y	. . . 4 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝐾)
3		algextdeg.k	. . . . 5 ⊢ 𝐾 = (𝐸 ↾s 𝐹)
4	3	fveq2i 6888	. . . 4 ⊢ (Poly1‘𝐾) = (Poly1‘(𝐸 ↾s 𝐹))
5	2, 4	eqtri 2788	. . 3 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘(𝐸 ↾s 𝐹))
6		eqid 2765	. . 3 ⊢ (Base‘𝐸) = (Base‘𝐸)
7		algextdeg.f	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Field)
8		algextdeg.e	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
9		eqid 2765	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐸) = (0g‘𝐸)
10	7	fldcrngd 20872	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ CRing)
11		issdrg 20921	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸) ↔ (𝐸 ∈ DivRing ∧ 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) ∧ (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing))
12	8, 11	sylib 221	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐸 ∈ DivRing ∧ 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) ∧ (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing))
13	12	simp2d 1161	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸))
14	1, 3, 6, 9, 10, 13	irngssv 34118	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐸 IntgRing 𝐹) ⊆ (Base‘𝐸))
15		algextdeg.a	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐸 IntgRing 𝐹))
16	14, 15	sseldd 3939	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (Base‘𝐸))
17		eqid 2765	. . 3 ⊢ {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)} = {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)}
18		eqid 2765	. . 3 ⊢ (RSpan‘𝑃) = (RSpan‘𝑃)
19		eqid 2765	. . 3 ⊢ (idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹)) = (idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))
20	1, 5, 6, 7, 8, 16, 9, 17, 18, 19	ply1annig1p 34134	. 2 ⊢ (𝜑 → {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)} = ((RSpan‘𝑃)‘{((idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))‘{𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)})}))
21		algextdeglem.z	. . . 4 ⊢ 𝑍 = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐿)})
22	10	crnggrpd 20353	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Grp)
23	22	grpmndd 19037	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Mnd)
24	7	flddrngd 20871	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ DivRing)
25		subrgsubg 20706	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) → 𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐸))
26	6	subgss 19217	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐸) → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐸))
27	13, 25, 26	3syl 19	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐸))
28	16	snssd 4754	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → {𝐴} ⊆ (Base‘𝐸))
29	27, 28	unssd 4145	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝐴}) ⊆ (Base‘𝐸))
30	6, 24, 29	fldgensdrg 33675	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubDRing‘𝐸))
31		sdrgsubrg 20924	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubDRing‘𝐸) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubRing‘𝐸))
32		subrgsubg 20706	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubRing‘𝐸) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubGrp‘𝐸))
33	9	subg0cl 19224	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubGrp‘𝐸) → (0g‘𝐸) ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
34	30, 31, 32, 33	4syl 20	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝐸) ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
35	6, 24, 29	fldgenssv 33676	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ⊆ (Base‘𝐸))
36		algextdeg.l	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐿 = (𝐸 ↾s (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
37	36, 6, 9	ress0g 18842	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐸 ∈ Mnd ∧ (0g‘𝐸) ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∧ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ⊆ (Base‘𝐸)) → (0g‘𝐸) = (0g‘𝐿))
38	23, 34, 35, 37	syl3anc 1398	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝐸) = (0g‘𝐿))
39	38	sneqd 4603	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {(0g‘𝐸)} = {(0g‘𝐿)})
40	39	imaeq2d 6064	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (◡𝐺 “ {(0g‘𝐸)}) = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐿)}))
41	21, 40	eqtr4id 2819	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑍 = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐸)}))
42		algextdeglem.g	. . . . 5 ⊢ 𝐺 = (𝑝 ∈ 𝑈 ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
43		algextdeglem.u	. . . . . 6 ⊢ 𝑈 = (Base‘𝑃)
44	43	mpteq1i 5204	. . . . 5 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑈 ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴)) = (𝑝 ∈ (Base‘𝑃) ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
45	42, 44	eqtri 2788	. . . 4 ⊢ 𝐺 = (𝑝 ∈ (Base‘𝑃) ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
46	1, 5, 6, 10, 13, 16, 9, 17, 45	ply1annidllem 34131	. . 3 ⊢ (𝜑 → {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)} = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐸)}))
47	41, 46	eqtr4d 2803	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑍 = {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)})
48		algextdeg.m	. . . . 5 ⊢ 𝑀 = (𝐸 minPoly 𝐹)
49	1, 5, 6, 7, 8, 16, 9, 17, 18, 19, 48	minplyval 34135	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑀‘𝐴) = ((idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))‘{𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)}))
50	49	sneqd 4603	. . 3 ⊢ (𝜑 → {(𝑀‘𝐴)} = {((idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))‘{𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)})})
51	50	fveq2d 6889	. 2 ⊢ (𝜑 → ((RSpan‘𝑃)‘{(𝑀‘𝐴)}) = ((RSpan‘𝑃)‘{((idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))‘{𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)})}))
52	20, 47, 51	3eqtr4d 2810	1 ⊢ (𝜑 → 𝑍 = ((RSpan‘𝑃)‘{(𝑀‘𝐴)}))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2146  {crab 3418   ∪ cun 3904   ⊆ wss 3906  {csn 4591  ∪ cuni 4874   ↦ cmpt 5194  ^◡ccnv 5662  dom cdm 5663   “ cima 5666  ‘cfv 6540  (class class class)co 7416  [cec 8694  Basecbs 17287   ↾_s cress 17308  0_gc0g 17510   /_s cqus 17577  Mndcmnd 18814  SubGrpcsubg 19210   ~_QG cqg 19212  SubRingcsubrg 20698  DivRingcdr 20857  Fieldcfield 20858  SubDRingcsdrg 20919  RSpancrsp 21361  Poly₁cpl1 22367   evalSub₁ ces1 22503  deg₁cdg1 26242  idlGen_1pcig1p 26318   fldGen cfldgen 33671   IntgRing cirng 34113   minPoly cminply 34129

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738  ax-cnex 11167  ax-resscn 11168  ax-1cn 11169  ax-icn 11170  ax-addcl 11171  ax-addrcl 11172  ax-mulcl 11173  ax-mulrcl 11174  ax-mulcom 11175  ax-addass 11176  ax-mulass 11177  ax-distr 11178  ax-i2m1 11179  ax-1ne0 11180  ax-1rid 11181  ax-rnegex 11182  ax-rrecex 11183  ax-cnre 11184  ax-pre-lttri 11185  ax-pre-lttrn 11186  ax-pre-ltadd 11187  ax-pre-mulgt0 11188  ax-pre-sup 11189  ax-addf 11190

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-tp 4596  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-iin 4961  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-se 5617  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-of 7680  df-ofr 7681  df-om 7865  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-supp 8159  df-tpos 8224  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-2o 8456  df-er 8696  df-map 8828  df-pm 8829  df-ixp 8898  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-fsupp 9325  df-sup 9405  df-inf 9406  df-oi 9475  df-card 9937  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11454  df-neg 11455  df-nn 12245  df-2 12314  df-3 12315  df-4 12316  df-5 12317  df-6 12318  df-7 12319  df-8 12320  df-9 12321  df-n0 12516  df-z 12603  df-dec 12724  df-uz 12875  df-fz 13548  df-fzo 13696  df-seq 14052  df-hash 14381  df-struct 17225  df-sets 17242  df-slot 17260  df-ndx 17272  df-base 17288  df-ress 17309  df-plusg 17341  df-mulr 17342  df-starv 17343  df-sca 17344  df-vsca 17345  df-ip 17346  df-tset 17347  df-ple 17348  df-ds 17350  df-unif 17351  df-hom 17352  df-cco 17353  df-0g 17512  df-gsum 17513  df-prds 17518  df-pws 17520  df-mre 17656  df-mrc 17657  df-acs 17659  df-mgm 18716  df-sgrp 18799  df-mnd 18815  df-mhm 18865  df-submnd 18866  df-grp 19027  df-minusg 19028  df-sbg 19029  df-mulg 19158  df-subg 19213  df-ghm 19308  df-cntz 19411  df-cmn 19876  df-abl 19877  df-mgp 20241  df-rng 20255  df-ur 20288  df-srg 20293  df-ring 20341  df-cring 20342  df-oppr 20445  df-dvdsr 20465  df-unit 20466  df-invr 20496  df-dvr 20509  df-rhm 20580  df-subrng 20675  df-subrg 20699  df-rlreg 20823  df-drng 20859  df-field 20860  df-sdrg 20920  df-lmod 21013  df-lss 21083  df-lsp 21123  df-sra 21324  df-rgmod 21325  df-lidl 21362  df-rsp 21363  df-cnfld 21553  df-assa 22033  df-asp 22034  df-ascl 22035  df-psr 22089  df-mvr 22090  df-mpl 22091  df-opsr 22093  df-evls 22255  df-evl 22256  df-psr1 22370  df-vr1 22371  df-ply1 22372  df-coe1 22373  df-evls1 22505  df-evl1 22506  df-mdeg 26243  df-deg1 26244  df-mon1 26319  df-uc1p 26320  df-q1p 26321  df-r1p 26322  df-ig1p 26323  df-fldgen 33672  df-irng 34114  df-minply 34130

This theorem is used by:  algextdeglem6  34152