Theorem algextdeglem5 33712

Description: Lemma for algextdeg 33716. 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 6923	. . . 4 ⊢ (Poly1‘𝐾) = (Poly1‘(𝐸 ↾s 𝐹))
5	2, 4	eqtri 2768	. . 3 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘(𝐸 ↾s 𝐹))
6		eqid 2740	. . 3 ⊢ (Base‘𝐸) = (Base‘𝐸)
7		algextdeg.f	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Field)
8		algextdeg.e	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
9		eqid 2740	. . . . 5 ⊢ (0g‘𝐸) = (0g‘𝐸)
10	7	fldcrngd 20764	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ CRing)
11		issdrg 20811	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸) ↔ (𝐸 ∈ DivRing ∧ 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) ∧ (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing))
12	8, 11	sylib 218	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐸 ∈ DivRing ∧ 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) ∧ (𝐸 ↾s 𝐹) ∈ DivRing))
13	12	simp2d 1143	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸))
14	1, 3, 6, 9, 10, 13	irngssv 33688	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐸 IntgRing 𝐹) ⊆ (Base‘𝐸))
15		algextdeg.a	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐸 IntgRing 𝐹))
16	14, 15	sseldd 4009	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (Base‘𝐸))
17		eqid 2740	. . 3 ⊢ {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)} = {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)}
18		eqid 2740	. . 3 ⊢ (RSpan‘𝑃) = (RSpan‘𝑃)
19		eqid 2740	. . 3 ⊢ (idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹)) = (idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))
20	1, 5, 6, 7, 8, 16, 9, 17, 18, 19	ply1annig1p 33697	. 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 20274	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Grp)
23	22	grpmndd 18986	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ Mnd)
24	7	flddrngd 20763	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ DivRing)
25		subrgsubg 20605	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐹 ∈ (SubRing‘𝐸) → 𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐸))
26	6	subgss 19167	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐹 ∈ (SubGrp‘𝐸) → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐸))
27	13, 25, 26	3syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (Base‘𝐸))
28	16	snssd 4834	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → {𝐴} ⊆ (Base‘𝐸))
29	27, 28	unssd 4215	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝐴}) ⊆ (Base‘𝐸))
30	6, 24, 29	fldgensdrg 33281	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubDRing‘𝐸))
31		sdrgsubrg 20814	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubDRing‘𝐸) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubRing‘𝐸))
32		subrgsubg 20605	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubRing‘𝐸) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubGrp‘𝐸))
33	9	subg0cl 19174	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ∈ (SubGrp‘𝐸) → (0g‘𝐸) ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
34	30, 31, 32, 33	4syl 19	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝐸) ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
35	6, 24, 29	fldgenssv 33282	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})) ⊆ (Base‘𝐸))
36		algextdeg.l	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐿 = (𝐸 ↾s (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝐴})))
37	36, 6, 9	ress0g 18800	. . . . . . 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 1371	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝐸) = (0g‘𝐿))
39	38	sneqd 4660	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {(0g‘𝐸)} = {(0g‘𝐿)})
40	39	imaeq2d 6089	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (◡𝐺 “ {(0g‘𝐸)}) = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐿)}))
41	21, 40	eqtr4id 2799	. . 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 5262	. . . . 5 ⊢ (𝑝 ∈ 𝑈 ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴)) = (𝑝 ∈ (Base‘𝑃) ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
45	42, 44	eqtri 2768	. . . 4 ⊢ 𝐺 = (𝑝 ∈ (Base‘𝑃) ↦ ((𝑂‘𝑝)‘𝐴))
46	1, 5, 6, 10, 13, 16, 9, 17, 45	ply1annidllem 33694	. . 3 ⊢ (𝜑 → {𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)} = (◡𝐺 “ {(0g‘𝐸)}))
47	41, 46	eqtr4d 2783	. 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 33698	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑀‘𝐴) = ((idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))‘{𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)}))
50	49	sneqd 4660	. . 3 ⊢ (𝜑 → {(𝑀‘𝐴)} = {((idlGen1p‘(𝐸 ↾s 𝐹))‘{𝑞 ∈ dom 𝑂 ∣ ((𝑂‘𝑞)‘𝐴) = (0g‘𝐸)})})
51	50	fveq2d 6924	. 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 2790	1 ⊢ (𝜑 → 𝑍 = ((RSpan‘𝑃)‘{(𝑀‘𝐴)}))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ w3a 1087   = wceq 1537   ∈ wcel 2108  {crab 3443   ∪ cun 3974   ⊆ wss 3976  {csn 4648  ∪ cuni 4931   ↦ cmpt 5249  ^◡ccnv 5699  dom cdm 5700   “ cima 5703  ‘cfv 6573  (class class class)co 7448  [cec 8761  Basecbs 17258   ↾_s cress 17287  0_gc0g 17499   /_s cqus 17565  Mndcmnd 18772  SubGrpcsubg 19160   ~_QG cqg 19162  SubRingcsubrg 20595  DivRingcdr 20751  Fieldcfield 20752  SubDRingcsdrg 20809  RSpancrsp 21240  Poly₁cpl1 22199   evalSub₁ ces1 22338  deg₁cdg1 26113  idlGen_1pcig1p 26189   fldGen cfldgen 33277   IntgRing cirng 33683   minPoly cminply 33692

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261  ax-pre-sup 11262  ax-addf 11263

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-tp 4653  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4971  df-iun 5017  df-iin 5018  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-se 5653  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-isom 6582  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-of 7714  df-ofr 7715  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-supp 8202  df-tpos 8267  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-2o 8523  df-er 8763  df-map 8886  df-pm 8887  df-ixp 8956  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007  df-fsupp 9432  df-sup 9511  df-inf 9512  df-oi 9579  df-card 10008  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-2 12356  df-3 12357  df-4 12358  df-5 12359  df-6 12360  df-7 12361  df-8 12362  df-9 12363  df-n0 12554  df-z 12640  df-dec 12759  df-uz 12904  df-fz 13568  df-fzo 13712  df-seq 14053  df-hash 14380  df-struct 17194  df-sets 17211  df-slot 17229  df-ndx 17241  df-base 17259  df-ress 17288  df-plusg 17324  df-mulr 17325  df-starv 17326  df-sca 17327  df-vsca 17328  df-ip 17329  df-tset 17330  df-ple 17331  df-ds 17333  df-unif 17334  df-hom 17335  df-cco 17336  df-0g 17501  df-gsum 17502  df-prds 17507  df-pws 17509  df-mre 17644  df-mrc 17645  df-acs 17647  df-mgm 18678  df-sgrp 18757  df-mnd 18773  df-mhm 18818  df-submnd 18819  df-grp 18976  df-minusg 18977  df-sbg 18978  df-mulg 19108  df-subg 19163  df-ghm 19253  df-cntz 19357  df-cmn 19824  df-abl 19825  df-mgp 20162  df-rng 20180  df-ur 20209  df-srg 20214  df-ring 20262  df-cring 20263  df-oppr 20360  df-dvdsr 20383  df-unit 20384  df-invr 20414  df-dvr 20427  df-rhm 20498  df-subrng 20572  df-subrg 20597  df-rlreg 20716  df-drng 20753  df-field 20754  df-sdrg 20810  df-lmod 20882  df-lss 20953  df-lsp 20993  df-sra 21195  df-rgmod 21196  df-lidl 21241  df-rsp 21242  df-cnfld 21388  df-assa 21896  df-asp 21897  df-ascl 21898  df-psr 21952  df-mvr 21953  df-mpl 21954  df-opsr 21956  df-evls 22121  df-evl 22122  df-psr1 22202  df-vr1 22203  df-ply1 22204  df-coe1 22205  df-evls1 22340  df-evl1 22341  df-mdeg 26114  df-deg1 26115  df-mon1 26190  df-uc1p 26191  df-q1p 26192  df-r1p 26193  df-ig1p 26194  df-fldgen 33278  df-irng 33684  df-minply 33693

This theorem is referenced by:  algextdeglem6  33713