Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  fldext2rspun Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem fldext2rspun 34177
Description: Given two field extensions 𝐼 / 𝐾 and 𝐽 / 𝐾, 𝐼 / 𝐾 being a quadratic extension, and the degree of 𝐽 / 𝐾 being a power of 2, the degree of the extension 𝐸 / 𝐾 is a power of 2 , 𝐸 being the composite field 𝐼𝐽. (Contributed by Thierry Arnoux, 19-Oct-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
fldextrspun.k 𝐾 = (𝐿s 𝐹)
fldextrspun.i 𝐼 = (𝐿s 𝐺)
fldextrspun.j 𝐽 = (𝐿s 𝐻)
fldextrspun.2 (𝜑𝐿 ∈ Field)
fldextrspun.3 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
fldextrspun.4 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐽))
fldextrspun.5 (𝜑𝐺 ∈ (SubDRing‘𝐿))
fldextrspun.6 (𝜑𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿))
fldext2rspun.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
fldext2rspun.1 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
fldext2rspun.2 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) = (2↑𝑁))
fldext2rspun.e 𝐸 = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐺𝐻)))
Assertion
Ref Expression
fldext2rspun (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (𝐸[:]𝐾) = (2↑𝑛))
Distinct variable groups:   𝑛,𝐸   𝑛,𝐾   𝑛,𝑁   𝜑,𝑛
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑛)   𝐺(𝑛)   𝐻(𝑛)   𝐼(𝑛)   𝐽(𝑛)   𝐿(𝑛)

Proof of Theorem fldext2rspun
StepHypRef Expression
1 eqid 2762 . . . . . 6 (Base‘𝐿) = (Base‘𝐿)
2 fldextrspun.i . . . . . 6 𝐼 = (𝐿s 𝐺)
3 fldext2rspun.e . . . . . 6 𝐸 = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐺𝐻)))
4 fldextrspun.2 . . . . . 6 (𝜑𝐿 ∈ Field)
5 fldextrspun.5 . . . . . 6 (𝜑𝐺 ∈ (SubDRing‘𝐿))
6 fldextrspun.6 . . . . . . 7 (𝜑𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿))
71sdrgss 20958 . . . . . . 7 (𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿) → 𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
86, 7syl 18 . . . . . 6 (𝜑𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
91, 2, 3, 4, 5, 8fldgenfldext 34163 . . . . 5 (𝜑𝐸/FldExt𝐼)
10 fldextrspun.3 . . . . . 6 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
11 fldextrspun.k . . . . . 6 𝐾 = (𝐿s 𝐹)
122, 4, 5, 10, 11fldsdrgfldext2 34157 . . . . 5 (𝜑𝐼/FldExt𝐾)
13 extdgmul 34158 . . . . 5 ((𝐸/FldExt𝐼𝐼/FldExt𝐾) → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)))
149, 12, 13syl2anc 596 . . . 4 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)))
15 fldextrspun.j . . . . . . . . 9 𝐽 = (𝐿s 𝐻)
16 fldextrspun.4 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐽))
17 fldext2rspun.2 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) = (2↑𝑁))
18 2nn 12339 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
1918a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
20 fldext2rspun.n . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
2119, 20nnexpcld 14309 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
2217, 21eqeltrd 2862 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ)
2322nnnn0d 12590 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ0)
24 fldext2rspun.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
2524, 18eqeltrdi 2870 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ)
2611, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3, 25fldextrspundgdvdslem 34175 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0)
27 elnn0 12531 . . . . . . . 8 ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0 ↔ ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
2826, 27sylib 221 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
29 extdggt0 34152 . . . . . . . . . 10 (𝐸/FldExt𝐼 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
309, 29syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
3130gt0ne0d 11803 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ≠ 0)
3231neneqd 2962 . . . . . . 7 (𝜑 → ¬ (𝐸[:]𝐼) = 0)
3328, 32olcnd 891 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ)
3433nnred 12273 . . . . 5 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ)
3525nnred 12273 . . . . 5 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ)
36 rexmul 13323 . . . . 5 (((𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ ∧ (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ) → ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3734, 35, 36syl2anc 596 . . . 4 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3814, 37eqtrd 2797 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3933, 25nnmulcld 12314 . . 3 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)) ∈ ℕ)
4038, 39eqeltrd 2862 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ∈ ℕ)
41 2nn0 12546 . . . . 5 2 ∈ ℕ0
4224, 41eqeltrdi 2870 . . . 4 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ0)
43 uncom 4108 . . . . . . 7 (𝐺𝐻) = (𝐻𝐺)
4443oveq2i 7427 . . . . . 6 (𝐿 fldGen (𝐺𝐻)) = (𝐿 fldGen (𝐻𝐺))
4544oveq2i 7427 . . . . 5 (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐺𝐻))) = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
463, 45eqtri 2785 . . . 4 𝐸 = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
4711, 15, 2, 4, 16, 10, 6, 5, 42, 46, 22fldextrspundgdvds 34176 . . 3 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4817, 47eqbrtrrd 5133 . 2 (𝜑 → (2↑𝑁) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4911, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3fldextrspundglemul 34174 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)))
5022nnred 12273 . . . . 5 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ)
51 rexmul 13323 . . . . 5 (((𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ ∧ (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ) → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)))
5235, 50, 51syl2anc 596 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)))
5324, 17oveq12d 7434 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)) = (2 · (2↑𝑁)))
54 2cnd 12344 . . . . . 6 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
5554, 20expcld 14210 . . . . . 6 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
5654, 55mulcomd 11255 . . . . 5 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = ((2↑𝑁) · 2))
5754, 20expp1d 14211 . . . . 5 (𝜑 → (2↑(𝑁 + 1)) = ((2↑𝑁) · 2))
5856, 57eqtr4d 2800 . . . 4 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = (2↑(𝑁 + 1)))
5952, 53, 583eqtrd 2801 . . 3 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = (2↑(𝑁 + 1)))
6049, 59breqtrd 5135 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ (2↑(𝑁 + 1)))
6140, 20, 48, 602exple2exp 33289 1 (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (𝐸[:]𝐾) = (2↑𝑛))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wo 861   = wceq 1570  wcel 2145  wrex 3088  cun 3900  wss 3902   class class class wbr 5107  cfv 6537  (class class class)co 7416  cr 11124  0cc0 11125  1c1 11126   + caddc 11128   · cmul 11130   < clt 11268  cle 11269  cn 12258  2c2 12320  0cn0 12529   ·e cxmu 13162  cexp 14125  cdvds 16344  Basecbs 17303  s cress 17324  Fieldcfield 20890  SubDRingcsdrg 20951   fldGen cfldgen 33736  /FldExtcfldext 34133  [:]cextdg 34135
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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7739  ax-reg 9567  ax-inf2 9623  ax-ac2 10468  ax-cnex 11181  ax-resscn 11182  ax-1cn 11183  ax-icn 11184  ax-addcl 11185  ax-addrcl 11186  ax-mulcl 11187  ax-mulrcl 11188  ax-mulcom 11189  ax-addass 11190  ax-mulass 11191  ax-distr 11192  ax-i2m1 11193  ax-1ne0 11194  ax-1rid 11195  ax-rnegex 11196  ax-rrecex 11197  ax-cnre 11198  ax-pre-lttri 11199  ax-pre-lttrn 11200  ax-pre-ltadd 11201  ax-pre-mulgt0 11202  ax-pre-sup 11203  ax-addf 11204
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 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-tp 4592  df-op 4594  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-se 5613  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-of 7681  df-rpss 7727  df-om 7866  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-supp 8162  df-tpos 8227  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8458  df-2o 8459  df-oadd 8462  df-er 8699  df-map 8831  df-ixp 8908  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-fin 8959  df-fsupp 9335  df-sup 9415  df-inf 9416  df-oi 9485  df-r1 9749  df-rank 9750  df-scott 9871  df-dju 9909  df-card 9947  df-acn 9950  df-ac 10122  df-pnf 11270  df-mnf 11271  df-xr 11272  df-ltxr 11273  df-le 11274  df-sub 11468  df-neg 11469  df-div 11897  df-ind 12244  df-nn 12259  df-2 12328  df-3 12329  df-4 12330  df-5 12331  df-6 12332  df-7 12333  df-8 12334  df-9 12335  df-n0 12530  df-xnn0 12603  df-z 12617  df-dec 12738  df-uz 12889  df-rp 13043  df-xneg 13163  df-xadd 13164  df-xmul 13165  df-icc 13405  df-fz 13562  df-fzo 13710  df-seq 14066  df-exp 14126  df-hash 14395  df-word 14579  df-lsw 14628  df-concat 14636  df-s1 14663  df-substr 14709  df-pfx 14741  df-s2 14919  df-cj 15186  df-re 15187  df-im 15188  df-sqrt 15322  df-abs 15323  df-clim 15575  df-sum 15774  df-dvds 16345  df-struct 17241  df-sets 17258  df-slot 17276  df-ndx 17288  df-base 17304  df-ress 17325  df-plusg 17357  df-mulr 17358  df-starv 17359  df-sca 17360  df-vsca 17361  df-ip 17362  df-tset 17363  df-ple 17364  df-ocomp 17365  df-ds 17366  df-unif 17367  df-hom 17368  df-cco 17369  df-0g 17528  df-gsum 17529  df-prds 17534  df-pws 17536  df-mre 17672  df-mrc 17673  df-mri 17674  df-acs 17675  df-proset 18384  df-drs 18385  df-poset 18403  df-ipo 18618  df-mgm 18732  df-sgrp 18821  df-mnd 18837  df-mhm 18890  df-submnd 18891  df-grp 19059  df-minusg 19060  df-sbg 19061  df-mulg 19190  df-subg 19245  df-ghm 19340  df-cntz 19443  df-cntr 19444  df-lsm 19762  df-cmn 19908  df-abl 19909  df-mgp 20273  df-rng 20287  df-ur 20320  df-ring 20373  df-cring 20374  df-oppr 20477  df-dvdsr 20497  df-unit 20498  df-invr 20528  df-dvr 20541  df-nzr 20672  df-subrng 20707  df-subrg 20731  df-rgspn 20772  df-rlreg 20855  df-domn 20856  df-idom 20857  df-drng 20891  df-field 20892  df-sdrg 20952  df-lmod 21045  df-lss 21115  df-lsp 21155  df-lmhm 21205  df-lmim 21206  df-lbs 21258  df-lvec 21286  df-sra 21356  df-rgmod 21357  df-cnfld 21585  df-zring 21659  df-dsmm 21944  df-frlm 21959  df-uvc 21995  df-lindf 22018  df-linds 22019  df-assa 22067  df-fldgen 33737  df-dim 34095  df-fldext 34136  df-extdg 34137
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator