Theorem lply1binom 22258

Description: The binomial theorem for linear polynomials (monic polynomials of degree 1) over commutative rings: (𝑋 + 𝐴)↑𝑁 is the sum from 𝑘 = 0 to 𝑁 of (𝑁C𝑘) · ((𝐴↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝑋↑𝑘)). (Contributed by AV, 25-Aug-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
cply1binom.p	⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
cply1binom.x	⊢ 𝑋 = (var1‘𝑅)
cply1binom.a	⊢ + = (+g‘𝑃)
cply1binom.m	⊢ × = (.r‘𝑃)
cply1binom.t	⊢ · = (.g‘𝑃)
cply1binom.g	⊢ 𝐺 = (mulGrp‘𝑃)
cply1binom.e	⊢ ↑ = (.g‘𝐺)
cply1binom.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝑃)

Assertion

Ref	Expression
lply1binom	⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑁 ↑ (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 Σg (𝑘 ∈ (0...𝑁) ↦ ((𝑁C𝑘) · (((𝑁 − 𝑘) ↑ 𝐴) × (𝑘 ↑ 𝑋))))))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝑁   𝑃,𝑘   𝑅,𝑘   𝑘,𝑋   × ,𝑘   · ,𝑘   ↑ ,𝑘   + ,𝑘

Allowed substitution hints:   𝐵(𝑘)   𝐺(𝑘)

Proof of Theorem lply1binom

Step	Hyp	Ref	Expression
1		crngring 20184	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
2		cply1binom.p	. . . . . . 7 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
3	2	ply1ring 22192	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
4		ringcmn 20221	. . . . . 6 ⊢ (𝑃 ∈ Ring → 𝑃 ∈ CMnd)
5	1, 3, 4	3syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ CMnd)
6	5	3ad2ant1 1134	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝑃 ∈ CMnd)
7		cply1binom.x	. . . . . . 7 ⊢ 𝑋 = (var1‘𝑅)
8		cply1binom.b	. . . . . . 7 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝑃)
9	7, 2, 8	vr1cl 22162	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑋 ∈ 𝐵)
10	1, 9	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑋 ∈ 𝐵)
11	10	3ad2ant1 1134	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝑋 ∈ 𝐵)
12		simp3 1139	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝐴 ∈ 𝐵)
13		cply1binom.a	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑃)
14	8, 13	cmncom 19731	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ CMnd ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑋 + 𝐴) = (𝐴 + 𝑋))
15	6, 11, 12, 14	syl3anc 1374	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑋 + 𝐴) = (𝐴 + 𝑋))
16	15	oveq2d 7376	. 2 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑁 ↑ (𝑋 + 𝐴)) = (𝑁 ↑ (𝐴 + 𝑋)))
17	2	ply1crng 22143	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ CRing)
18	17	3ad2ant1 1134	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝑃 ∈ CRing)
19		simp2 1138	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝑁 ∈ ℕ0)
20	8	eleq2i 2829	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐵 ↔ 𝐴 ∈ (Base‘𝑃))
21	20	biimpi 216	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐵 → 𝐴 ∈ (Base‘𝑃))
22	21	3ad2ant3 1136	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝐴 ∈ (Base‘𝑃))
23	10, 8	eleqtrdi 2847	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))
24	23	3ad2ant1 1134	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))
25		eqid 2737	. . . 4 ⊢ (Base‘𝑃) = (Base‘𝑃)
26		cply1binom.m	. . . 4 ⊢ × = (.r‘𝑃)
27		cply1binom.t	. . . 4 ⊢ · = (.g‘𝑃)
28		cply1binom.g	. . . 4 ⊢ 𝐺 = (mulGrp‘𝑃)
29		cply1binom.e	. . . 4 ⊢ ↑ = (.g‘𝐺)
30	25, 26, 27, 13, 28, 29	crngbinom 20275	. . 3 ⊢ (((𝑃 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ (𝐴 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑁 ↑ (𝐴 + 𝑋)) = (𝑃 Σg (𝑘 ∈ (0...𝑁) ↦ ((𝑁C𝑘) · (((𝑁 − 𝑘) ↑ 𝐴) × (𝑘 ↑ 𝑋))))))
31	18, 19, 22, 24, 30	syl22anc 839	. 2 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑁 ↑ (𝐴 + 𝑋)) = (𝑃 Σg (𝑘 ∈ (0...𝑁) ↦ ((𝑁C𝑘) · (((𝑁 − 𝑘) ↑ 𝐴) × (𝑘 ↑ 𝑋))))))
32	16, 31	eqtrd 2772	1 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑁 ↑ (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 Σg (𝑘 ∈ (0...𝑁) ↦ ((𝑁C𝑘) · (((𝑁 − 𝑘) ↑ 𝐴) × (𝑘 ↑ 𝑋))))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ↦ cmpt 5180  ‘cfv 6493  (class class class)co 7360  0cc0 11030   − cmin 11368  ℕ₀cn0 12405  ...cfz 13427  Ccbc 14229  Basecbs 17140  +_gcplusg 17181  ._rcmulr 17182   Σ_g cgsu 17364  ._gcmg 19001  CMndccmn 19713  mulGrpcmgp 20079  Ringcrg 20172  CRingccrg 20173  var₁cv1 22120  Poly₁cpl1 22121

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5225  ax-sep 5242  ax-nul 5252  ax-pow 5311  ax-pr 5378  ax-un 7682  ax-cnex 11086  ax-resscn 11087  ax-1cn 11088  ax-icn 11089  ax-addcl 11090  ax-addrcl 11091  ax-mulcl 11092  ax-mulrcl 11093  ax-mulcom 11094  ax-addass 11095  ax-mulass 11096  ax-distr 11097  ax-i2m1 11098  ax-1ne0 11099  ax-1rid 11100  ax-rnegex 11101  ax-rrecex 11102  ax-cnre 11103  ax-pre-lttri 11104  ax-pre-lttrn 11105  ax-pre-ltadd 11106  ax-pre-mulgt0 11107

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3062  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3401  df-v 3443  df-sbc 3742  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4287  df-if 4481  df-pw 4557  df-sn 4582  df-pr 4584  df-tp 4586  df-op 4588  df-uni 4865  df-int 4904  df-iun 4949  df-iin 4950  df-br 5100  df-opab 5162  df-mpt 5181  df-tr 5207  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-se 5579  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6260  df-ord 6321  df-on 6322  df-lim 6323  df-suc 6324  df-iota 6449  df-fun 6495  df-fn 6496  df-f 6497  df-f1 6498  df-fo 6499  df-f1o 6500  df-fv 6501  df-isom 6502  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-of 7624  df-ofr 7625  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8105  df-frecs 8225  df-wrecs 8256  df-recs 8305  df-rdg 8343  df-1o 8399  df-2o 8400  df-er 8637  df-map 8769  df-pm 8770  df-ixp 8840  df-en 8888  df-dom 8889  df-sdom 8890  df-fin 8891  df-fsupp 9269  df-sup 9349  df-oi 9419  df-card 9855  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12150  df-2 12212  df-3 12213  df-4 12214  df-5 12215  df-6 12216  df-7 12217  df-8 12218  df-9 12219  df-n0 12406  df-z 12493  df-dec 12612  df-uz 12756  df-rp 12910  df-fz 13428  df-fzo 13575  df-seq 13929  df-fac 14201  df-bc 14230  df-hash 14258  df-struct 17078  df-sets 17095  df-slot 17113  df-ndx 17125  df-base 17141  df-ress 17162  df-plusg 17194  df-mulr 17195  df-sca 17197  df-vsca 17198  df-ip 17199  df-tset 17200  df-ple 17201  df-ds 17203  df-hom 17205  df-cco 17206  df-0g 17365  df-gsum 17366  df-prds 17371  df-pws 17373  df-mre 17509  df-mrc 17510  df-acs 17512  df-mgm 18569  df-sgrp 18648  df-mnd 18664  df-mhm 18712  df-submnd 18713  df-grp 18870  df-minusg 18871  df-mulg 19002  df-subg 19057  df-ghm 19146  df-cntz 19250  df-cmn 19715  df-abl 19716  df-mgp 20080  df-rng 20092  df-ur 20121  df-srg 20126  df-ring 20174  df-cring 20175  df-subrng 20483  df-subrg 20507  df-psr 21869  df-mvr 21870  df-mpl 21871  df-opsr 21873  df-psr1 22124  df-vr1 22125  df-ply1 22126

This theorem is referenced by:  lply1binomsc  22259