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 34019
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 2769 . . . . . 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 20876 . . . . . . 7 (𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿) → 𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
86, 7syl 18 . . . . . 6 (𝜑𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
91, 2, 3, 4, 5, 8fldgenfldext 34005 . . . . 5 (𝜑𝐸/FldExt𝐼)
10 fldextrspun.3 . . . . . 6 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
11 fldextrspun.k . . . . . 6 𝐾 = (𝐿s 𝐹)
122, 4, 5, 10, 11fldsdrgfldext2 33999 . . . . 5 (𝜑𝐼/FldExt𝐾)
13 extdgmul 34000 . . . . 5 ((𝐸/FldExt𝐼𝐼/FldExt𝐾) → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)))
149, 12, 13syl2anc 595 . . . 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 12316 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
1918a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
20 fldext2rspun.n . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
2119, 20nnexpcld 14283 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
2217, 21eqeltrd 2869 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ)
2322nnnn0d 12567 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ0)
24 fldext2rspun.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
2524, 18eqeltrdi 2877 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ)
2611, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3, 25fldextrspundgdvdslem 34017 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0)
27 elnn0 12508 . . . . . . . 8 ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0 ↔ ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
2826, 27sylib 221 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
29 extdggt0 33994 . . . . . . . . . 10 (𝐸/FldExt𝐼 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
309, 29syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
3130gt0ne0d 11780 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ≠ 0)
3231neneqd 2969 . . . . . . 7 (𝜑 → ¬ (𝐸[:]𝐼) = 0)
3328, 32olcnd 890 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ)
3433nnred 12250 . . . . 5 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ)
3525nnred 12250 . . . . 5 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ)
36 rexmul 13299 . . . . 5 (((𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ ∧ (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ) → ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3734, 35, 36syl2anc 595 . . . 4 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3814, 37eqtrd 2804 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3933, 25nnmulcld 12291 . . 3 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)) ∈ ℕ)
4038, 39eqeltrd 2869 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ∈ ℕ)
41 2nn0 12523 . . . . 5 2 ∈ ℕ0
4224, 41eqeltrdi 2877 . . . 4 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ0)
43 uncom 4120 . . . . . . 7 (𝐺𝐻) = (𝐻𝐺)
4443oveq2i 7424 . . . . . 6 (𝐿 fldGen (𝐺𝐻)) = (𝐿 fldGen (𝐻𝐺))
4544oveq2i 7424 . . . . 5 (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐺𝐻))) = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
463, 45eqtri 2792 . . . 4 𝐸 = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
4711, 15, 2, 4, 16, 10, 6, 5, 42, 46, 22fldextrspundgdvds 34018 . . 3 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4817, 47eqbrtrrd 5139 . 2 (𝜑 → (2↑𝑁) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4911, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3fldextrspundglemul 34016 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)))
5022nnred 12250 . . . . 5 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ)
51 rexmul 13299 . . . . 5 (((𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ ∧ (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ) → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)))
5235, 50, 51syl2anc 595 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)))
5324, 17oveq12d 7431 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)) = (2 · (2↑𝑁)))
54 2cnd 12321 . . . . . 6 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
5554, 20expcld 14184 . . . . . 6 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
5654, 55mulcomd 11232 . . . . 5 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = ((2↑𝑁) · 2))
5754, 20expp1d 14185 . . . . 5 (𝜑 → (2↑(𝑁 + 1)) = ((2↑𝑁) · 2))
5856, 57eqtr4d 2807 . . . 4 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = (2↑(𝑁 + 1)))
5952, 53, 583eqtrd 2808 . . 3 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = (2↑(𝑁 + 1)))
6049, 59breqtrd 5141 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ (2↑(𝑁 + 1)))
6140, 20, 48, 602exple2exp 33121 1 (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (𝐸[:]𝐾) = (2↑𝑛))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wo 860   = wceq 1567  wcel 2149  wrex 3095  cun 3911  wss 3913   class class class wbr 5113  cfv 6539  (class class class)co 7413  cr 11101  0cc0 11102  1c1 11103   + caddc 11105   · cmul 11107   < clt 11245  cle 11246  cn 12235  2c2 12297  0cn0 12506   ·e cxmu 13138  cexp 14099  cdvds 16312  Basecbs 17271  s cress 17292  Fieldcfield 20816  SubDRingcsdrg 20869   fldGen cfldgen 33576  /FldExtcfldext 33975  [:]cextdg 33977
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-rep 5242  ax-sep 5261  ax-nul 5273  ax-pow 5339  ax-pr 5407  ax-un 7735  ax-reg 9556  ax-inf2 9612  ax-ac2 10449  ax-cnex 11158  ax-resscn 11159  ax-1cn 11160  ax-icn 11161  ax-addcl 11162  ax-addrcl 11163  ax-mulcl 11164  ax-mulrcl 11165  ax-mulcom 11166  ax-addass 11167  ax-mulass 11168  ax-distr 11169  ax-i2m1 11170  ax-1ne0 11171  ax-1rid 11172  ax-rnegex 11173  ax-rrecex 11174  ax-cnre 11175  ax-pre-lttri 11176  ax-pre-lttrn 11177  ax-pre-ltadd 11178  ax-pre-mulgt0 11179  ax-pre-sup 11180  ax-addf 11181
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3424  df-v 3465  df-sbc 3754  df-csb 3862  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3933  df-nul 4295  df-if 4493  df-pw 4569  df-sn 4595  df-pr 4597  df-tp 4599  df-op 4601  df-uni 4877  df-int 4917  df-iun 4962  df-iin 4963  df-br 5114  df-opab 5178  df-mpt 5197  df-tr 5223  df-id 5559  df-eprel 5564  df-po 5572  df-so 5573  df-fr 5617  df-se 5618  df-we 5619  df-xp 5670  df-rel 5671  df-cnv 5672  df-co 5673  df-dm 5674  df-rn 5675  df-res 5676  df-ima 5677  df-pred 6305  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6495  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-isom 6548  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-of 7677  df-rpss 7723  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-oadd 8459  df-er 8696  df-map 8828  df-ixp 8898  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-fsupp 9324  df-sup 9404  df-inf 9405  df-oi 9474  df-r1 9738  df-rank 9739  df-dju 9889  df-card 9927  df-acn 9930  df-ac 10102  df-pnf 11247  df-mnf 11248  df-xr 11249  df-ltxr 11250  df-le 11251  df-sub 11445  df-neg 11446  df-div 11874  df-ind 12221  df-nn 12236  df-2 12305  df-3 12306  df-4 12307  df-5 12308  df-6 12309  df-7 12310  df-8 12311  df-9 12312  df-n0 12507  df-xnn0 12580  df-z 12594  df-dec 12714  df-uz 12865  df-rp 13019  df-xneg 13139  df-xadd 13140  df-xmul 13141  df-icc 13381  df-fz 13538  df-fzo 13685  df-seq 14040  df-exp 14100  df-hash 14369  df-word 14553  df-lsw 14602  df-concat 14610  df-s1 14636  df-substr 14681  df-pfx 14711  df-s2 14887  df-cj 15152  df-re 15153  df-im 15154  df-sqrt 15288  df-abs 15289  df-clim 15541  df-sum 15740  df-dvds 16313  df-struct 17209  df-sets 17226  df-slot 17244  df-ndx 17256  df-base 17272  df-ress 17293  df-plusg 17325  df-mulr 17326  df-starv 17327  df-sca 17328  df-vsca 17329  df-ip 17330  df-tset 17331  df-ple 17332  df-ocomp 17333  df-ds 17334  df-unif 17335  df-hom 17336  df-cco 17337  df-0g 17496  df-gsum 17497  df-prds 17502  df-pws 17504  df-mre 17640  df-mrc 17641  df-mri 17642  df-acs 17643  df-proset 18352  df-drs 18353  df-poset 18371  df-ipo 18586  df-mgm 18700  df-sgrp 18779  df-mnd 18795  df-mhm 18843  df-submnd 18844  df-grp 19005  df-minusg 19006  df-sbg 19007  df-mulg 19136  df-subg 19191  df-ghm 19286  df-cntz 19389  df-cntr 19390  df-lsm 19708  df-cmn 19854  df-abl 19855  df-mgp 20219  df-rng 20233  df-ur 20266  df-ring 20319  df-cring 20320  df-oppr 20421  df-dvdsr 20441  df-unit 20442  df-invr 20472  df-dvr 20485  df-nzr 20598  df-subrng 20633  df-subrg 20657  df-rgspn 20698  df-rlreg 20781  df-domn 20782  df-idom 20783  df-drng 20817  df-field 20818  df-sdrg 20870  df-lmod 20963  df-lss 21033  df-lsp 21073  df-lmhm 21123  df-lmim 21124  df-lbs 21176  df-lvec 21204  df-sra 21274  df-rgmod 21275  df-cnfld 21494  df-zring 21568  df-dsmm 21853  df-frlm 21868  df-uvc 21904  df-lindf 21927  df-linds 21928  df-assa 21974  df-fldgen 33577  df-dim 33937  df-fldext 33978  df-extdg 33979
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator