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 33878
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 2741 . . . . . 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 20769 . . . . . . 7 (𝐻 ∈ (SubDRing‘𝐿) → 𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
86, 7syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐻 ⊆ (Base‘𝐿))
91, 2, 3, 4, 5, 8fldgenfldext 33864 . . . . 5 (𝜑𝐸/FldExt𝐼)
10 fldextrspun.3 . . . . . 6 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐼))
11 fldextrspun.k . . . . . 6 𝐾 = (𝐿s 𝐹)
122, 4, 5, 10, 11fldsdrgfldext2 33858 . . . . 5 (𝜑𝐼/FldExt𝐾)
13 extdgmul 33859 . . . . 5 ((𝐸/FldExt𝐼𝐼/FldExt𝐾) → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)))
149, 12, 13syl2anc 591 . . . 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 12249 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℕ
1918a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
20 fldext2rspun.n . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
2119, 20nnexpcld 14202 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
2217, 21eqeltrd 2841 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ)
2322nnnn0d 12493 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℕ0)
24 fldext2rspun.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) = 2)
2524, 18eqeltrdi 2849 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ)
2611, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3, 25fldextrspundgdvdslem 33876 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0)
27 elnn0 12434 . . . . . . . 8 ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ0 ↔ ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
2826, 27sylib 220 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ ∨ (𝐸[:]𝐼) = 0))
29 extdggt0 33853 . . . . . . . . . 10 (𝐸/FldExt𝐼 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
309, 29syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 < (𝐸[:]𝐼))
3130gt0ne0d 11709 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ≠ 0)
3231neneqd 2941 . . . . . . 7 (𝜑 → ¬ (𝐸[:]𝐼) = 0)
3328, 32olcnd 884 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℕ)
3433nnred 12184 . . . . 5 (𝜑 → (𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ)
3525nnred 12184 . . . . 5 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ)
36 rexmul 13218 . . . . 5 (((𝐸[:]𝐼) ∈ ℝ ∧ (𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ) → ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3734, 35, 36syl2anc 591 . . . 4 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) ·e (𝐼[:]𝐾)) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3814, 37eqtrd 2776 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) = ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)))
3933, 25nnmulcld 12225 . . 3 (𝜑 → ((𝐸[:]𝐼) · (𝐼[:]𝐾)) ∈ ℕ)
4038, 39eqeltrd 2841 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ∈ ℕ)
41 2nn0 12449 . . . . 5 2 ∈ ℕ0
4224, 41eqeltrdi 2849 . . . 4 (𝜑 → (𝐼[:]𝐾) ∈ ℕ0)
43 uncom 4091 . . . . . . 7 (𝐺𝐻) = (𝐻𝐺)
4443oveq2i 7371 . . . . . 6 (𝐿 fldGen (𝐺𝐻)) = (𝐿 fldGen (𝐻𝐺))
4544oveq2i 7371 . . . . 5 (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐺𝐻))) = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
463, 45eqtri 2764 . . . 4 𝐸 = (𝐿s (𝐿 fldGen (𝐻𝐺)))
4711, 15, 2, 4, 16, 10, 6, 5, 42, 46, 22fldextrspundgdvds 33877 . . 3 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4817, 47eqbrtrrd 5099 . 2 (𝜑 → (2↑𝑁) ∥ (𝐸[:]𝐾))
4911, 2, 15, 4, 10, 16, 5, 6, 23, 3fldextrspundglemul 33875 . . 3 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)))
5022nnred 12184 . . . . 5 (𝜑 → (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ)
51 rexmul 13218 . . . . 5 (((𝐼[:]𝐾) ∈ ℝ ∧ (𝐽[:]𝐾) ∈ ℝ) → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)))
5235, 50, 51syl2anc 591 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)))
5324, 17oveq12d 7378 . . . 4 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) · (𝐽[:]𝐾)) = (2 · (2↑𝑁)))
54 2cnd 12254 . . . . . 6 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
5554, 20expcld 14103 . . . . . 6 (𝜑 → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
5654, 55mulcomd 11161 . . . . 5 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = ((2↑𝑁) · 2))
5754, 20expp1d 14104 . . . . 5 (𝜑 → (2↑(𝑁 + 1)) = ((2↑𝑁) · 2))
5856, 57eqtr4d 2779 . . . 4 (𝜑 → (2 · (2↑𝑁)) = (2↑(𝑁 + 1)))
5952, 53, 583eqtrd 2780 . . 3 (𝜑 → ((𝐼[:]𝐾) ·e (𝐽[:]𝐾)) = (2↑(𝑁 + 1)))
6049, 59breqtrd 5101 . 2 (𝜑 → (𝐸[:]𝐾) ≤ (2↑(𝑁 + 1)))
6140, 20, 48, 602exple2exp 32941 1 (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ0 (𝐸[:]𝐾) = (2↑𝑛))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wo 854   = wceq 1548  wcel 2121  wrex 3065  cun 3883  wss 3885   class class class wbr 5075  cfv 6489  (class class class)co 7360  cr 11032  0cc0 11033  1c1 11034   + caddc 11036   · cmul 11038   < clt 11174  cle 11175  cn 12169  2c2 12231  0cn0 12432   ·e cxmu 13057  cexp 14018  cdvds 16216  Basecbs 17174  s cress 17195  Fieldcfield 20706  SubDRingcsdrg 20762   fldGen cfldgen 33398  /FldExtcfldext 33834  [:]cextdg 33836
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1975  ax-7 2016  ax-8 2123  ax-9 2131  ax-10 2154  ax-11 2170  ax-12 2191  ax-ext 2713  ax-rep 5202  ax-sep 5221  ax-nul 5231  ax-pow 5297  ax-pr 5365  ax-un 7682  ax-reg 9501  ax-inf2 9557  ax-ac2 10380  ax-cnex 11089  ax-resscn 11090  ax-1cn 11091  ax-icn 11092  ax-addcl 11093  ax-addrcl 11094  ax-mulcl 11095  ax-mulrcl 11096  ax-mulcom 11097  ax-addass 11098  ax-mulass 11099  ax-distr 11100  ax-i2m1 11101  ax-1ne0 11102  ax-1rid 11103  ax-rnegex 11104  ax-rrecex 11105  ax-cnre 11106  ax-pre-lttri 11107  ax-pre-lttrn 11108  ax-pre-ltadd 11109  ax-pre-mulgt0 11110  ax-pre-sup 11111  ax-addf 11112
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 398  df-or 855  df-3or 1094  df-3an 1095  df-tru 1551  df-fal 1561  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2075  df-mo 2545  df-eu 2575  df-clab 2720  df-cleq 2733  df-clel 2816  df-nfc 2890  df-ne 2937  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3066  df-rmo 3346  df-reu 3347  df-rab 3394  df-v 3435  df-sbc 3726  df-csb 3834  df-dif 3888  df-un 3890  df-in 3892  df-ss 3902  df-pss 3905  df-nul 4265  df-if 4458  df-pw 4534  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4842  df-int 4881  df-iun 4926  df-iin 4927  df-br 5076  df-opab 5138  df-mpt 5157  df-tr 5183  df-id 5516  df-eprel 5521  df-po 5529  df-so 5530  df-fr 5574  df-se 5575  df-we 5576  df-xp 5627  df-rel 5628  df-cnv 5629  df-co 5630  df-dm 5631  df-rn 5632  df-res 5633  df-ima 5634  df-pred 6256  df-ord 6317  df-on 6318  df-lim 6319  df-suc 6320  df-iota 6445  df-fun 6491  df-fn 6492  df-f 6493  df-f1 6494  df-fo 6495  df-f1o 6496  df-fv 6497  df-isom 6498  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-of 7624  df-rpss 7670  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8105  df-tpos 8170  df-frecs 8225  df-wrecs 8256  df-recs 8305  df-rdg 8343  df-1o 8399  df-2o 8400  df-oadd 8403  df-er 8637  df-map 8769  df-ixp 8840  df-en 8888  df-dom 8889  df-sdom 8890  df-fin 8891  df-fsupp 9269  df-sup 9349  df-inf 9350  df-oi 9419  df-r1 9683  df-rank 9684  df-dju 9820  df-card 9858  df-acn 9861  df-ac 10033  df-pnf 11176  df-mnf 11177  df-xr 11178  df-ltxr 11179  df-le 11180  df-sub 11374  df-neg 11375  df-div 11803  df-ind 12155  df-nn 12170  df-2 12239  df-3 12240  df-4 12241  df-5 12242  df-6 12243  df-7 12244  df-8 12245  df-9 12246  df-n0 12433  df-xnn0 12506  df-z 12520  df-dec 12640  df-uz 12784  df-rp 12938  df-xneg 13058  df-xadd 13059  df-xmul 13060  df-icc 13300  df-fz 13457  df-fzo 13604  df-seq 13959  df-exp 14019  df-hash 14288  df-word 14471  df-lsw 14520  df-concat 14528  df-s1 14554  df-substr 14599  df-pfx 14629  df-s2 14805  df-cj 15056  df-re 15057  df-im 15058  df-sqrt 15192  df-abs 15193  df-clim 15445  df-sum 15644  df-dvds 16217  df-struct 17112  df-sets 17129  df-slot 17147  df-ndx 17159  df-base 17175  df-ress 17196  df-plusg 17228  df-mulr 17229  df-starv 17230  df-sca 17231  df-vsca 17232  df-ip 17233  df-tset 17234  df-ple 17235  df-ocomp 17236  df-ds 17237  df-unif 17238  df-hom 17239  df-cco 17240  df-0g 17399  df-gsum 17400  df-prds 17405  df-pws 17407  df-mre 17543  df-mrc 17544  df-mri 17545  df-acs 17546  df-proset 18255  df-drs 18256  df-poset 18274  df-ipo 18489  df-mgm 18603  df-sgrp 18682  df-mnd 18698  df-mhm 18746  df-submnd 18747  df-grp 18907  df-minusg 18908  df-sbg 18909  df-mulg 19039  df-subg 19094  df-ghm 19183  df-cntz 19287  df-cntr 19288  df-lsm 19606  df-cmn 19752  df-abl 19753  df-mgp 20117  df-rng 20129  df-ur 20158  df-ring 20211  df-cring 20212  df-oppr 20312  df-dvdsr 20332  df-unit 20333  df-invr 20363  df-dvr 20376  df-nzr 20489  df-subrng 20522  df-subrg 20546  df-rgspn 20587  df-rlreg 20670  df-domn 20671  df-idom 20672  df-drng 20707  df-field 20708  df-sdrg 20763  df-lmod 20856  df-lss 20926  df-lsp 20966  df-lmhm 21016  df-lmim 21017  df-lbs 21069  df-lvec 21097  df-sra 21167  df-rgmod 21168  df-cnfld 21352  df-zring 21426  df-dsmm 21711  df-frlm 21726  df-uvc 21762  df-lindf 21785  df-linds 21786  df-assa 21832  df-fldgen 33399  df-dim 33796  df-fldext 33837  df-extdg 33838
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator