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 34081
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 2763 . . . . . 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 20905 . . . . . . 7 (𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿) → 𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
86, 7syl 18 . . . . . 6 (𝜑𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
91, 2, 3, 4, 5, 8fldgenfldext 34067 . . . . 5 (𝜑𝐸/FldExt𝐼)
10 fldextrspun.3 . . . . . 6 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
11 fldextrspun.k . . . . . 6 𝐾 = (𝐿s 𝐹)
122, 4, 5, 10, 11fldsdrgfldext2 34061 . . . . 5 (𝜑𝐼/FldExt𝐾)
13 extdgmul 34062 . . . . 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 12318 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
1918a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
20 fldext2rspun.n . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
2119, 20nnexpcld 14286 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
2217, 21eqeltrd 2863 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ)
2322nnnn0d 12569 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ0)
24 fldext2rspun.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
2524, 18eqeltrdi 2871 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ)
2611, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3, 25fldextrspundgdvdslem 34079 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0)
27 elnn0 12510 . . . . . . . 8 ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0 ↔ ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
2826, 27sylib 221 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
29 extdggt0 34056 . . . . . . . . . 10 (𝐸/FldExt𝐼 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
309, 29syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
3130gt0ne0d 11782 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ≠ 0)
3231neneqd 2963 . . . . . . 7 (𝜑 → ¬ (𝐸[:]𝐼) = 0)
3328, 32olcnd 890 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ)
3433nnred 12252 . . . . 5 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ)
3525nnred 12252 . . . . 5 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ)
36 rexmul 13301 . . . . 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 2798 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3933, 25nnmulcld 12293 . . 3 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)) ∈ ℕ)
4038, 39eqeltrd 2863 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ∈ ℕ)
41 2nn0 12525 . . . . 5 2 ∈ ℕ0
4224, 41eqeltrdi 2871 . . . 4 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ0)
43 uncom 4112 . . . . . . 7 (𝐺𝐻) = (𝐻𝐺)
4443oveq2i 7421 . . . . . 6 (𝐿 fldGen (𝐺𝐻)) = (𝐿 fldGen (𝐻𝐺))
4544oveq2i 7421 . . . . 5 (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐺𝐻))) = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
463, 45eqtri 2786 . . . 4 𝐸 = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
4711, 15, 2, 4, 16, 10, 6, 5, 42, 46, 22fldextrspundgdvds 34080 . . 3 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4817, 47eqbrtrrd 5135 . 2 (𝜑 → (2↑𝑁) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4911, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3fldextrspundglemul 34078 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)))
5022nnred 12252 . . . . 5 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ)
51 rexmul 13301 . . . . 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 7428 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)) = (2 · (2↑𝑁)))
54 2cnd 12323 . . . . . 6 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
5554, 20expcld 14187 . . . . . 6 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
5654, 55mulcomd 11234 . . . . 5 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = ((2↑𝑁) · 2))
5754, 20expp1d 14188 . . . . 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 5137 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ (2↑(𝑁 + 1)))
6140, 20, 48, 602exple2exp 33187 1 (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (𝐸[:]𝐾) = (2↑𝑛))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wo 860   = wceq 1570  wcel 2143  wrex 3089  cun 3903  wss 3905   class class class wbr 5109  cfv 6536  (class class class)co 7410  cr 11103  0cc0 11104  1c1 11105   + caddc 11107   · cmul 11109   < clt 11247  cle 11248  cn 12237  2c2 12299  0cn0 12508   ·e cxmu 13140  cexp 14102  cdvds 16314  Basecbs 17273  s cress 17294  Fieldcfield 20837  SubDRingcsdrg 20898   fldGen cfldgen 33640  /FldExtcfldext 34037  [:]cextdg 34039
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-reg 9550  ax-inf2 9606  ax-ac2 10451  ax-cnex 11160  ax-resscn 11161  ax-1cn 11162  ax-icn 11163  ax-addcl 11164  ax-addrcl 11165  ax-mulcl 11166  ax-mulrcl 11167  ax-mulcom 11168  ax-addass 11169  ax-mulass 11170  ax-distr 11171  ax-i2m1 11172  ax-1ne0 11173  ax-1rid 11174  ax-rnegex 11175  ax-rrecex 11176  ax-cnre 11177  ax-pre-lttri 11178  ax-pre-lttrn 11179  ax-pre-ltadd 11180  ax-pre-mulgt0 11181  ax-pre-sup 11182  ax-addf 11183
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  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 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-tp 4594  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-of 7674  df-rpss 7720  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-supp 8153  df-tpos 8218  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-oadd 8453  df-er 8690  df-map 8822  df-ixp 8892  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fsupp 9318  df-sup 9398  df-inf 9399  df-oi 9468  df-r1 9732  df-rank 9733  df-scott 9854  df-dju 9892  df-card 9930  df-acn 9933  df-ac 10105  df-pnf 11249  df-mnf 11250  df-xr 11251  df-ltxr 11252  df-le 11253  df-sub 11447  df-neg 11448  df-div 11876  df-ind 12223  df-nn 12238  df-2 12307  df-3 12308  df-4 12309  df-5 12310  df-6 12311  df-7 12312  df-8 12313  df-9 12314  df-n0 12509  df-xnn0 12582  df-z 12596  df-dec 12716  df-uz 12867  df-rp 13021  df-xneg 13141  df-xadd 13142  df-xmul 13143  df-icc 13383  df-fz 13540  df-fzo 13688  df-seq 14043  df-exp 14103  df-hash 14372  df-word 14556  df-lsw 14605  df-concat 14613  df-s1 14639  df-substr 14684  df-pfx 14714  df-s2 14890  df-cj 15155  df-re 15156  df-im 15157  df-sqrt 15291  df-abs 15292  df-clim 15544  df-sum 15743  df-dvds 16315  df-struct 17211  df-sets 17228  df-slot 17246  df-ndx 17258  df-base 17274  df-ress 17295  df-plusg 17327  df-mulr 17328  df-starv 17329  df-sca 17330  df-vsca 17331  df-ip 17332  df-tset 17333  df-ple 17334  df-ocomp 17335  df-ds 17336  df-unif 17337  df-hom 17338  df-cco 17339  df-0g 17498  df-gsum 17499  df-prds 17504  df-pws 17506  df-mre 17642  df-mrc 17643  df-mri 17644  df-acs 17645  df-proset 18354  df-drs 18355  df-poset 18373  df-ipo 18588  df-mgm 18702  df-sgrp 18781  df-mnd 18797  df-mhm 18845  df-submnd 18846  df-grp 19007  df-minusg 19008  df-sbg 19009  df-mulg 19138  df-subg 19193  df-ghm 19288  df-cntz 19391  df-cntr 19392  df-lsm 19710  df-cmn 19856  df-abl 19857  df-mgp 20221  df-rng 20235  df-ur 20268  df-ring 20321  df-cring 20322  df-oppr 20424  df-dvdsr 20444  df-unit 20445  df-invr 20475  df-dvr 20488  df-nzr 20619  df-subrng 20654  df-subrg 20678  df-rgspn 20719  df-rlreg 20802  df-domn 20803  df-idom 20804  df-drng 20838  df-field 20839  df-sdrg 20899  df-lmod 20992  df-lss 21062  df-lsp 21102  df-lmhm 21152  df-lmim 21153  df-lbs 21205  df-lvec 21233  df-sra 21303  df-rgmod 21304  df-cnfld 21532  df-zring 21606  df-dsmm 21891  df-frlm 21906  df-uvc 21942  df-lindf 21965  df-linds 21966  df-assa 22012  df-fldgen 33641  df-dim 33999  df-fldext 34040  df-extdg 34041
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator