Theorem dgraalem 43118

Description: Properties of the degree of an algebraic number. (Contributed by Stefan O'Rear, 25-Nov-2014.) (Proof shortened by AV, 29-Sep-2020.)

Assertion

Ref	Expression
dgraalem	⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 → ((degAA‘𝐴) ∈ ℕ ∧ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = (degAA‘𝐴) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))

Distinct variable group:   𝐴,𝑝

Proof of Theorem dgraalem

Dummy variables 𝑎 𝑏 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dgraaval 43117	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 → (degAA‘𝐴) = inf({𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)}, ℝ, < ))
2		ssrab2 4033	. . . . 5 ⊢ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ⊆ ℕ
3		nnuz 12796	. . . . 5 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
4	2, 3	sseqtri 3986	. . . 4 ⊢ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ⊆ (ℤ≥‘1)
5		eldifsn 4740	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ↔ (𝑏 ∈ (Poly‘ℚ) ∧ 𝑏 ≠ 0𝑝))
6	5	biimpi 216	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) → (𝑏 ∈ (Poly‘ℚ) ∧ 𝑏 ≠ 0𝑝))
7	6	ad2antrr 726	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (𝑏 ∈ (Poly‘ℚ) ∧ 𝑏 ≠ 0𝑝))
8		simpr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → 𝐴 ∈ ℂ)
9		simplr 768	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (𝑏‘𝐴) = 0)
10		dgrnznn 26168	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑏 ∈ (Poly‘ℚ) ∧ 𝑏 ≠ 0𝑝) ∧ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑏‘𝐴) = 0)) → (deg‘𝑏) ∈ ℕ)
11	7, 8, 9, 10	syl12anc 836	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (deg‘𝑏) ∈ ℕ)
12		simpll 766	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → 𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}))
13		eqid 2729	. . . . . . . . . 10 ⊢ (deg‘𝑏) = (deg‘𝑏)
14	9, 13	jctil 519	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((deg‘𝑏) = (deg‘𝑏) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0))
15		eqeq2 2741	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 = (deg‘𝑏) → ((deg‘𝑝) = 𝑎 ↔ (deg‘𝑝) = (deg‘𝑏)))
16	15	anbi1d 631	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 = (deg‘𝑏) → (((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0) ↔ ((deg‘𝑝) = (deg‘𝑏) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))
17		fveqeq2 6835	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑏 → ((deg‘𝑝) = (deg‘𝑏) ↔ (deg‘𝑏) = (deg‘𝑏)))
18		fveq1 6825	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑏 → (𝑝‘𝐴) = (𝑏‘𝐴))
19	18	eqeq1d 2731	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑏 → ((𝑝‘𝐴) = 0 ↔ (𝑏‘𝐴) = 0))
20	17, 19	anbi12d 632	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑝 = 𝑏 → (((deg‘𝑝) = (deg‘𝑏) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0) ↔ ((deg‘𝑏) = (deg‘𝑏) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0)))
21	16, 20	rspc2ev 3592	. . . . . . . . 9 ⊢ (((deg‘𝑏) ∈ ℕ ∧ 𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ ((deg‘𝑏) = (deg‘𝑏) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0)) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0))
22	11, 12, 14, 21	syl3anc 1373	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0))
23	22	ex 412	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝}) ∧ (𝑏‘𝐴) = 0) → (𝐴 ∈ ℂ → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))
24	23	rexlimiva 3122	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})(𝑏‘𝐴) = 0 → (𝐴 ∈ ℂ → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))
25	24	impcom 407	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ∃𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})(𝑏‘𝐴) = 0) → ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0))
26		elqaa 26246	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 ↔ (𝐴 ∈ ℂ ∧ ∃𝑏 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})(𝑏‘𝐴) = 0))
27		rabn0 4342	. . . . 5 ⊢ ({𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ≠ ∅ ↔ ∃𝑎 ∈ ℕ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0))
28	25, 26, 27	3imtr4i 292	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 → {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ≠ ∅)
29		infssuzcl 12851	. . . 4 ⊢ (({𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ⊆ (ℤ≥‘1) ∧ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ≠ ∅) → inf({𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)}, ℝ, < ) ∈ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)})
30	4, 28, 29	sylancr 587	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 → inf({𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)}, ℝ, < ) ∈ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)})
31	1, 30	eqeltrd 2828	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 → (degAA‘𝐴) ∈ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)})
32		eqeq2 2741	. . . . 5 ⊢ (𝑎 = (degAA‘𝐴) → ((deg‘𝑝) = 𝑎 ↔ (deg‘𝑝) = (degAA‘𝐴)))
33	32	anbi1d 631	. . . 4 ⊢ (𝑎 = (degAA‘𝐴) → (((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0) ↔ ((deg‘𝑝) = (degAA‘𝐴) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))
34	33	rexbidv 3153	. . 3 ⊢ (𝑎 = (degAA‘𝐴) → (∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0) ↔ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = (degAA‘𝐴) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))
35	34	elrab 3650	. 2 ⊢ ((degAA‘𝐴) ∈ {𝑎 ∈ ℕ ∣ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = 𝑎 ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)} ↔ ((degAA‘𝐴) ∈ ℕ ∧ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = (degAA‘𝐴) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))
36	31, 35	sylib 218	1 ⊢ (𝐴 ∈ 𝔸 → ((degAA‘𝐴) ∈ ℕ ∧ ∃𝑝 ∈ ((Poly‘ℚ) ∖ {0𝑝})((deg‘𝑝) = (degAA‘𝐴) ∧ (𝑝‘𝐴) = 0)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109   ≠ wne 2925  ∃wrex 3053  {crab 3396   ∖ cdif 3902   ⊆ wss 3905  ∅c0 4286  {csn 4579  ‘cfv 6486  infcinf 9350  ℂcc 11026  ℝcr 11027  0cc0 11028  1c1 11029   < clt 11168  ℕcn 12146  ℤ_≥cuz 12753  ℚcq 12867  0_𝑝c0p 25586  Polycply 26105  degcdgr 26108  𝔸caa 26238  deg_AAcdgraa 43113

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5221  ax-sep 5238  ax-nul 5248  ax-pow 5307  ax-pr 5374  ax-un 7675  ax-inf2 9556  ax-cnex 11084  ax-resscn 11085  ax-1cn 11086  ax-icn 11087  ax-addcl 11088  ax-addrcl 11089  ax-mulcl 11090  ax-mulrcl 11091  ax-mulcom 11092  ax-addass 11093  ax-mulass 11094  ax-distr 11095  ax-i2m1 11096  ax-1ne0 11097  ax-1rid 11098  ax-rnegex 11099  ax-rrecex 11100  ax-cnre 11101  ax-pre-lttri 11102  ax-pre-lttrn 11103  ax-pre-ltadd 11104  ax-pre-mulgt0 11105  ax-pre-sup 11106

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3397  df-v 3440  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 4479  df-pw 4555  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4862  df-int 4900  df-iun 4946  df-br 5096  df-opab 5158  df-mpt 5177  df-tr 5203  df-id 5518  df-eprel 5523  df-po 5531  df-so 5532  df-fr 5576  df-se 5577  df-we 5578  df-xp 5629  df-rel 5630  df-cnv 5631  df-co 5632  df-dm 5633  df-rn 5634  df-res 5635  df-ima 5636  df-pred 6253  df-ord 6314  df-on 6315  df-lim 6316  df-suc 6317  df-iota 6442  df-fun 6488  df-fn 6489  df-f 6490  df-f1 6491  df-fo 6492  df-f1o 6493  df-fv 6494  df-isom 6495  df-riota 7310  df-ov 7356  df-oprab 7357  df-mpo 7358  df-of 7617  df-om 7807  df-1st 7931  df-2nd 7932  df-frecs 8221  df-wrecs 8252  df-recs 8301  df-rdg 8339  df-1o 8395  df-er 8632  df-map 8762  df-pm 8763  df-en 8880  df-dom 8881  df-sdom 8882  df-fin 8883  df-sup 9351  df-inf 9352  df-oi 9421  df-card 9854  df-pnf 11170  df-mnf 11171  df-xr 11172  df-ltxr 11173  df-le 11174  df-sub 11367  df-neg 11368  df-div 11796  df-nn 12147  df-2 12209  df-3 12210  df-n0 12403  df-z 12490  df-uz 12754  df-q 12868  df-rp 12912  df-fz 13429  df-fzo 13576  df-fl 13714  df-mod 13792  df-seq 13927  df-exp 13987  df-hash 14256  df-cj 15024  df-re 15025  df-im 15026  df-sqrt 15160  df-abs 15161  df-clim 15413  df-rlim 15414  df-sum 15612  df-0p 25587  df-ply 26109  df-coe 26111  df-dgr 26112  df-aa 26239  df-dgraa 43115

This theorem is referenced by:  dgraacl  43119  mpaaeu  43123