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 34381
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 = (𝐿 ↾s 𝐹)
fldextrspun.i 𝐼 = (𝐿 ↾s 𝐺)
fldextrspun.j 𝐽 = (𝐿 ↾s 𝐻)
fldextrspun.2 (𝜑 → 𝐿 ∈ Field)
fldextrspun.3 (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
fldextrspun.4 (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐽))
fldextrspun.5 (𝜑 → 𝐺 ∈ (SubDRing‘𝐿))
fldextrspun.6 (𝜑 → 𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿))
fldext2rspun.n (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
fldext2rspun.1 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
fldext2rspun.2 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) = (2↑𝑁))
fldext2rspun.e 𝐸 = (𝐿 ↾s (𝐿 fldGen (𝐺 ∪ 𝐻)))
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 2763 . . . . . 6 (Base‘𝐿) = (Base‘𝐿)
2 fldextrspun.i . . . . . 6 𝐼 = (𝐿 ↾s 𝐺)
3 fldext2rspun.e . . . . . 6 𝐸 = (𝐿 ↾s (𝐿 fldGen (𝐺 ∪ 𝐻)))
4 fldextrspun.2 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐿 ∈ Field)
5 fldextrspun.5 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐺 ∈ (SubDRing‘𝐿))
6 fldextrspun.6 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿))
71sdrgss 21077 . . . . . . 7 (𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿) → 𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
86, 7syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
91, 2, 3, 4, 5, 8fldgenfldext 34367 . . . . 5 (𝜑 → 𝐸/FldExt𝐼)
10 fldextrspun.3 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
11 fldextrspun.k . . . . . 6 𝐾 = (𝐿 ↾s 𝐹)
122, 4, 5, 10, 11fldsdrgfldext2 34361 . . . . 5 (𝜑 → 𝐼/FldExt𝐾)
13 extdgmul 34362 . . . . 5 ((𝐸/FldExt𝐼 ∧ 𝐼/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 = (𝐿 ↾s 𝐻)
16 fldextrspun.4 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐽))
17 fldext2rspun.2 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) = (2↑𝑁))
18 2nn 12440 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
1918a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
20 fldext2rspun.n . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
2119, 20nnexpcld 14413 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
2217, 21eqeltrd 2864 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ)
2322nnnn0d 12691 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ0)
24 fldext2rspun.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
2524, 18eqeltrdi 2872 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ)
2611, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3, 25fldextrspundgdvdslem 34379 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0)
27 elnn0 12632 . . . . . . . 8 ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0 ↔ ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
2826, 27sylib 221 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
29 extdggt0 34356 . . . . . . . . . 10 (𝐸/FldExt𝐼 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
309, 29syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
3130gt0ne0d 11904 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ≠ 0)
3231neneqd 2964 . . . . . . 7 (𝜑 → ¬ (𝐸[:]𝐼) = 0)
3328, 32olcnd 891 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ)
3433nnred 12374 . . . . 5 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ)
3525nnred 12374 . . . . 5 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ)
36 rexmul 13425 . . . . 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 2798 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3933, 25nnmulcld 12415 . . 3 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)) ∈ ℕ)
4038, 39eqeltrd 2864 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ∈ ℕ)
41 2nn0 12647 . . . . 5 2 ∈ ℕ0
4224, 41eqeltrdi 2872 . . . 4 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ0)
43 uncom 4160 . . . . . . 7 (𝐺 ∪ 𝐻) = (𝐻 ∪ 𝐺)
4443oveq2i 7451 . . . . . 6 (𝐿 fldGen (𝐺 ∪ 𝐻)) = (𝐿 fldGen (𝐻 ∪ 𝐺))
4544oveq2i 7451 . . . . 5 (𝐿 ↾s (𝐿 fldGen (𝐺 ∪ 𝐻))) = (𝐿 ↾s (𝐿 fldGen (𝐻 ∪ 𝐺)))
463, 45eqtri 2786 . . . 4 𝐸 = (𝐿 ↾s (𝐿 fldGen (𝐻 ∪ 𝐺)))
4711, 15, 2, 4, 16, 10, 6, 5, 42, 46, 22fldextrspundgdvds 34380 . . 3 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4817, 47eqbrtrrd 5132 . 2 (𝜑 → (2↑𝑁) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4911, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3fldextrspundglemul 34378 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)))
5022nnred 12374 . . . . 5 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ)
51 rexmul 13425 . . . . 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 7458 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)) = (2 · (2↑𝑁)))
54 2cnd 12445 . . . . . 6 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
5554, 20expcld 14313 . . . . . 6 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
5654, 55mulcomd 11354 . . . . 5 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = ((2↑𝑁) · 2))
5754, 20expp1d 14314 . . . . 5 (𝜑 → (2↑(𝑁 + 1)) = ((2↑𝑁) · 2))
5856, 57eqtr4d 2801 . . . 4 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = (2↑(𝑁 + 1)))
5952, 53, 583eqtrd 2802 . . 3 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = (2↑(𝑁 + 1)))
6049, 59breqtrd 5134 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ (2↑(𝑁 + 1)))
6140, 20, 48, 602exple2exp 33492 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 2147  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900   ∪ cun 4152   class class class wbr 5106  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  ℝcr 11223  0cc0 11224  1c1 11225   + caddc 11227   · cmul 11229   < clt 11367   ≤ cle 11368  ℕcn 12359  2c2 12421  ℕ0cn0 12630   ·e cxmu 13264  ↑cexp 14228   ∥ cdvds 16448  Basecbs 17413   ↾s cress 17434  Fieldcfield 21008  SubDRingcsdrg 21070   fldGen cfldgen 33939  /FldExtcfldext 34337  [:]cextdg 34339
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-inf2 9666  ax-ac2 10565  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302  ax-addf 11303
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-isom 6564  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-of 7714  df-rpss 7760  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-supp 8202  df-tpos 8268  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-1o 8501  df-2o 8502  df-oadd 8505  df-er 8742  df-map 8874  df-ixp 8951  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-fsupp 9379  df-sup 9458  df-inf 9459  df-oi 9528  df-dju 10006  df-card 10044  df-acn 10047  df-ac 10219  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-ind 12345  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-4 12431  df-5 12432  df-6 12433  df-7 12434  df-8 12435  df-9 12436  df-n0 12631  df-xnn0 12704  df-z 12718  df-dec 12839  df-uz 12990  df-rp 13145  df-xneg 13265  df-xadd 13266  df-xmul 13267  df-icc 13507  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-seq 14169  df-exp 14229  df-hash 14499  df-word 14683  df-lsw 14732  df-concat 14740  df-s1 14767  df-substr 14814  df-pfx 14846  df-s2 15024  df-cj 15292  df-re 15293  df-im 15294  df-sqrt 15428  df-abs 15429  df-clim 15681  df-sum 15880  df-dvds 16449  df-struct 17351  df-sets 17368  df-slot 17386  df-ndx 17398  df-base 17414  df-ress 17435  df-plusg 17467  df-mulr 17468  df-starv 17469  df-sca 17470  df-vsca 17471  df-ip 17472  df-tset 17473  df-ple 17474  df-ocomp 17475  df-ds 17476  df-unif 17477  df-hom 17478  df-cco 17479  df-0g 17638  df-gsum 17639  df-prds 17644  df-pws 17646  df-mre 17782  df-mrc 17783  df-mri 17784  df-acs 17785  df-proset 18494  df-drs 18495  df-poset 18513  df-ipo 18728  df-mgm 18842  df-sgrp 18934  df-mnd 18950  df-mhm 19004  df-submnd 19005  df-grp 19173  df-minusg 19174  df-sbg 19175  df-mulg 19304  df-subg 19359  df-ghm 19454  df-cntz 19558  df-cntr 19559  df-lsm 19877  df-cmn 20023  df-abl 20024  df-mgp 20388  df-rng 20402  df-ur 20435  df-ring 20488  df-cring 20489  df-oppr 20594  df-dvdsr 20614  df-unit 20615  df-invr 20645  df-dvr 20658  df-nzr 20790  df-subrng 20825  df-subrg 20849  df-rgspn 20890  df-rlreg 20973  df-domn 20974  df-idom 20975  df-drng 21009  df-field 21010  df-sdrg 21071  df-lmod 21164  df-lss 21234  df-lsp 21274  df-lmhm 21324  df-lmim 21325  df-lbs 21377  df-lvec 21405  df-sra 21475  df-rgmod 21476  df-cnfld 21706  df-zring 21780  df-dsmm 22065  df-frlm 22080  df-uvc 22116  df-lindf 22139  df-linds 22140  df-assa 22188  df-fldgen 33940  df-dim 34299  df-fldext 34340  df-extdg 34341
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator