Theorem ply1fermltl 33550

Description: Fermat's little theorem for polynomials. If 𝑃 is prime, Then (𝑋 + 𝐴)↑𝑃 = ((𝑋↑𝑃) + 𝐴) modulo 𝑃. (Contributed by Thierry Arnoux, 24-Jul-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
ply1fermltl.z	⊢ 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑃)
ply1fermltl.w	⊢ 𝑊 = (Poly1‘𝑍)
ply1fermltl.x	⊢ 𝑋 = (var1‘𝑍)
ply1fermltl.l	⊢ + = (+g‘𝑊)
ply1fermltl.n	⊢ 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
ply1fermltl.t	⊢ ↑ = (.g‘𝑁)
ply1fermltl.c	⊢ 𝐶 = (algSc‘𝑊)
ply1fermltl.a	⊢ 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
ply1fermltl.p	⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ)
ply1fermltl.1	⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ ℤ)

Assertion

Ref	Expression
ply1fermltl	⊢ (𝜑 → (𝑃 ↑ (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 ↑ 𝑋) + 𝐴))

Proof of Theorem ply1fermltl

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ply1fermltl.w	. . 3 ⊢ 𝑊 = (Poly1‘𝑍)
2		ply1fermltl.x	. . 3 ⊢ 𝑋 = (var1‘𝑍)
3		ply1fermltl.l	. . 3 ⊢ + = (+g‘𝑊)
4		ply1fermltl.n	. . 3 ⊢ 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
5		ply1fermltl.t	. . 3 ⊢ ↑ = (.g‘𝑁)
6		ply1fermltl.c	. . 3 ⊢ 𝐶 = (algSc‘𝑊)
7		ply1fermltl.a	. . 3 ⊢ 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
8		eqid 2734	. . 3 ⊢ (chr‘𝑍) = (chr‘𝑍)
9		ply1fermltl.p	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℙ)
10		prmnn 16694	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
11		nnnn0 12517	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℕ0)
12		ply1fermltl.z	. . . . 5 ⊢ 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑃)
13	12	zncrng 21530	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ ℕ0 → 𝑍 ∈ CRing)
14	9, 10, 11, 13	4syl 19	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ CRing)
15	12	znchr 21548	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℕ0 → (chr‘𝑍) = 𝑃)
16	9, 10, 11, 15	4syl 19	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (chr‘𝑍) = 𝑃)
17	16, 9	eqeltrd 2833	. . 3 ⊢ (𝜑 → (chr‘𝑍) ∈ ℙ)
18		ply1fermltl.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ ℤ)
19	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 14, 17, 18	ply1fermltlchr 22283	. 2 ⊢ (𝜑 → ((chr‘𝑍) ↑ (𝑋 + 𝐴)) = (((chr‘𝑍) ↑ 𝑋) + 𝐴))
20	16	oveq1d 7429	. 2 ⊢ (𝜑 → ((chr‘𝑍) ↑ (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 ↑ (𝑋 + 𝐴)))
21	16	oveq1d 7429	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((chr‘𝑍) ↑ 𝑋) = (𝑃 ↑ 𝑋))
22	21	oveq1d 7429	. 2 ⊢ (𝜑 → (((chr‘𝑍) ↑ 𝑋) + 𝐴) = ((𝑃 ↑ 𝑋) + 𝐴))
23	19, 20, 22	3eqtr3d 2777	1 ⊢ (𝜑 → (𝑃 ↑ (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 ↑ 𝑋) + 𝐴))

Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1539   ∈ wcel 2107  ‘cfv 6542  (class class class)co 7414  ℕcn 12249  ℕ₀cn0 12510  ℤcz 12597  ℙcprime 16691  +_gcplusg 17277  ._gcmg 19059  mulGrpcmgp 20110  CRingccrg 20204  ℤRHomczrh 21477  chrcchr 21479  ℤ/nℤczn 21480  algSccascl 21839  var₁cv1 22144  Poly₁cpl1 22145

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-rep 5261  ax-sep 5278  ax-nul 5288  ax-pow 5347  ax-pr 5414  ax-un 7738  ax-cnex 11194  ax-resscn 11195  ax-1cn 11196  ax-icn 11197  ax-addcl 11198  ax-addrcl 11199  ax-mulcl 11200  ax-mulrcl 11201  ax-mulcom 11202  ax-addass 11203  ax-mulass 11204  ax-distr 11205  ax-i2m1 11206  ax-1ne0 11207  ax-1rid 11208  ax-rnegex 11209  ax-rrecex 11210  ax-cnre 11211  ax-pre-lttri 11212  ax-pre-lttrn 11213  ax-pre-ltadd 11214  ax-pre-mulgt0 11215  ax-pre-sup 11216  ax-addf 11217  ax-mulf 11218

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3421  df-v 3466  df-sbc 3773  df-csb 3882  df-dif 3936  df-un 3938  df-in 3940  df-ss 3950  df-pss 3953  df-nul 4316  df-if 4508  df-pw 4584  df-sn 4609  df-pr 4611  df-tp 4613  df-op 4615  df-uni 4890  df-int 4929  df-iun 4975  df-iin 4976  df-br 5126  df-opab 5188  df-mpt 5208  df-tr 5242  df-id 5560  df-eprel 5566  df-po 5574  df-so 5575  df-fr 5619  df-se 5620  df-we 5621  df-xp 5673  df-rel 5674  df-cnv 5675  df-co 5676  df-dm 5677  df-rn 5678  df-res 5679  df-ima 5680  df-pred 6303  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6495  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-isom 6551  df-riota 7371  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-of 7680  df-ofr 7681  df-om 7871  df-1st 7997  df-2nd 7998  df-supp 8169  df-tpos 8234  df-frecs 8289  df-wrecs 8320  df-recs 8394  df-rdg 8433  df-1o 8489  df-2o 8490  df-oadd 8493  df-er 8728  df-ec 8730  df-qs 8734  df-map 8851  df-pm 8852  df-ixp 8921  df-en 8969  df-dom 8970  df-sdom 8971  df-fin 8972  df-fsupp 9385  df-sup 9465  df-inf 9466  df-oi 9533  df-dju 9924  df-card 9962  df-pnf 11280  df-mnf 11281  df-xr 11282  df-ltxr 11283  df-le 11284  df-sub 11477  df-neg 11478  df-div 11904  df-nn 12250  df-2 12312  df-3 12313  df-4 12314  df-5 12315  df-6 12316  df-7 12317  df-8 12318  df-9 12319  df-n0 12511  df-xnn0 12584  df-z 12598  df-dec 12718  df-uz 12862  df-rp 13018  df-fz 13531  df-fzo 13678  df-fl 13815  df-mod 13893  df-seq 14026  df-exp 14086  df-fac 14296  df-bc 14325  df-hash 14353  df-cj 15121  df-re 15122  df-im 15123  df-sqrt 15257  df-abs 15258  df-dvds 16274  df-gcd 16515  df-prm 16692  df-phi 16786  df-struct 17167  df-sets 17184  df-slot 17202  df-ndx 17214  df-base 17231  df-ress 17257  df-plusg 17290  df-mulr 17291  df-starv 17292  df-sca 17293  df-vsca 17294  df-ip 17295  df-tset 17296  df-ple 17297  df-ds 17299  df-unif 17300  df-hom 17301  df-cco 17302  df-0g 17462  df-gsum 17463  df-prds 17468  df-pws 17470  df-imas 17529  df-qus 17530  df-mre 17605  df-mrc 17606  df-acs 17608  df-mgm 18627  df-sgrp 18706  df-mnd 18722  df-mhm 18770  df-submnd 18771  df-grp 18928  df-minusg 18929  df-sbg 18930  df-mulg 19060  df-subg 19115  df-nsg 19116  df-eqg 19117  df-ghm 19205  df-cntz 19309  df-od 19519  df-cmn 19773  df-abl 19774  df-mgp 20111  df-rng 20123  df-ur 20152  df-srg 20157  df-ring 20205  df-cring 20206  df-oppr 20307  df-dvdsr 20330  df-unit 20331  df-invr 20361  df-dvr 20374  df-rhm 20445  df-subrng 20519  df-subrg 20543  df-drng 20704  df-lmod 20833  df-lss 20903  df-lsp 20943  df-sra 21145  df-rgmod 21146  df-lidl 21185  df-rsp 21186  df-2idl 21227  df-cnfld 21332  df-zring 21425  df-zrh 21481  df-chr 21483  df-zn 21484  df-assa 21840  df-ascl 21842  df-psr 21896  df-mvr 21897  df-mpl 21898  df-opsr 21900  df-psr1 22148  df-vr1 22149  df-ply1 22150  df-coe1 22151

This theorem is referenced by: (None)