Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  ply1fermltl Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ply1fermltl 31195
Description: Fermat's little theorem for polynomials. If 𝑃 is prime, Then (𝑋 + 𝐴)↑𝑃 = ((𝑋𝑃) + 𝐴) modulo 𝑃. (Contributed by Thierry Arnoux, 24-Jul-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
ply1fermltl.z 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑃)
ply1fermltl.w 𝑊 = (Poly1𝑍)
ply1fermltl.x 𝑋 = (var1𝑍)
ply1fermltl.l + = (+g𝑊)
ply1fermltl.n 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
ply1fermltl.t = (.g𝑁)
ply1fermltl.c 𝐶 = (algSc‘𝑊)
ply1fermltl.a 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
ply1fermltl.p (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
ply1fermltl.1 (𝜑𝐸 ∈ ℤ)
Assertion
Ref Expression
ply1fermltl (𝜑 → (𝑃 (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))

Proof of Theorem ply1fermltl
StepHypRef Expression
1 eqid 2758 . . 3 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
2 ply1fermltl.l . . 3 + = (+g𝑊)
3 ply1fermltl.t . . . 4 = (.g𝑁)
4 ply1fermltl.n . . . . 5 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
54fveq2i 6665 . . . 4 (.g𝑁) = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
63, 5eqtri 2781 . . 3 = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
7 eqid 2758 . . 3 (chr‘𝑊) = (chr‘𝑊)
8 ply1fermltl.p . . . . 5 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
9 prmnn 16075 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
10 nnnn0 11946 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℕ0)
11 ply1fermltl.z . . . . . 6 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑃)
1211zncrng 20317 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℕ0𝑍 ∈ CRing)
138, 9, 10, 124syl 19 . . . 4 (𝜑𝑍 ∈ CRing)
14 ply1fermltl.w . . . . 5 𝑊 = (Poly1𝑍)
1514ply1crng 20927 . . . 4 (𝑍 ∈ CRing → 𝑊 ∈ CRing)
1613, 15syl 17 . . 3 (𝜑𝑊 ∈ CRing)
1714ply1chr 31194 . . . . . 6 (𝑍 ∈ CRing → (chr‘𝑊) = (chr‘𝑍))
1813, 17syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (chr‘𝑊) = (chr‘𝑍))
1911znchr 20335 . . . . . 6 (𝑃 ∈ ℕ0 → (chr‘𝑍) = 𝑃)
208, 9, 10, 194syl 19 . . . . 5 (𝜑 → (chr‘𝑍) = 𝑃)
2118, 20eqtrd 2793 . . . 4 (𝜑 → (chr‘𝑊) = 𝑃)
2221, 8eqeltrd 2852 . . 3 (𝜑 → (chr‘𝑊) ∈ ℙ)
2313crngringd 19383 . . . 4 (𝜑𝑍 ∈ Ring)
24 ply1fermltl.x . . . . 5 𝑋 = (var1𝑍)
2524, 14, 1vr1cl 20946 . . . 4 (𝑍 ∈ Ring → 𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
2623, 25syl 17 . . 3 (𝜑𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
27 ply1fermltl.a . . . 4 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
28 eqid 2758 . . . . . . . 8 (ℤRHom‘𝑍) = (ℤRHom‘𝑍)
2928zrhrhm 20286 . . . . . . 7 (𝑍 ∈ Ring → (ℤRHom‘𝑍) ∈ (ℤring RingHom 𝑍))
30 zringbas 20249 . . . . . . . 8 ℤ = (Base‘ℤring)
31 eqid 2758 . . . . . . . 8 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
3230, 31rhmf 19554 . . . . . . 7 ((ℤRHom‘𝑍) ∈ (ℤring RingHom 𝑍) → (ℤRHom‘𝑍):ℤ⟶(Base‘𝑍))
3323, 29, 323syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (ℤRHom‘𝑍):ℤ⟶(Base‘𝑍))
34 ply1fermltl.1 . . . . . 6 (𝜑𝐸 ∈ ℤ)
3533, 34ffvelrnd 6848 . . . . 5 (𝜑 → ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍))
36 ply1fermltl.c . . . . . 6 𝐶 = (algSc‘𝑊)
3714, 36, 31, 1ply1sclcl 21015 . . . . 5 ((𝑍 ∈ Ring ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3823, 35, 37syl2anc 587 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3927, 38eqeltrid 2856 . . 3 (𝜑𝐴 ∈ (Base‘𝑊))
401, 2, 6, 7, 16, 22, 26, 39freshmansdream 31014 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)))
4121oveq1d 7170 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 (𝑋 + 𝐴)))
4221oveq1d 7170 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝑋) = (𝑃 𝑋))
4321oveq1d 7170 . . . 4 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = (𝑃 𝐴))
4414ply1assa 20928 . . . . . . . . 9 (𝑍 ∈ CRing → 𝑊 ∈ AssAlg)
45 eqid 2758 . . . . . . . . . 10 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
4636, 45asclrhm 20658 . . . . . . . . 9 (𝑊 ∈ AssAlg → 𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4713, 44, 463syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4813crnggrpd 19384 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑍 ∈ Grp)
4914ply1sca 20982 . . . . . . . . . 10 (𝑍 ∈ Grp → 𝑍 = (Scalar‘𝑊))
5048, 49syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑍 = (Scalar‘𝑊))
5150oveq1d 7170 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑍 RingHom 𝑊) = ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
5247, 51eleqtrrd 2855 . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ (𝑍 RingHom 𝑊))
53 eqid 2758 . . . . . . . 8 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
5453, 4rhmmhm 19550 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (𝑍 RingHom 𝑊) → 𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom 𝑁))
5552, 54syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom 𝑁))
568, 9, 103syl 18 . . . . . 6 (𝜑𝑃 ∈ ℕ0)
5753, 31mgpbas 19318 . . . . . . 7 (Base‘𝑍) = (Base‘(mulGrp‘𝑍))
58 eqid 2758 . . . . . . 7 (.g‘(mulGrp‘𝑍)) = (.g‘(mulGrp‘𝑍))
5957, 58, 3mhmmulg 18340 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom 𝑁) ∧ 𝑃 ∈ ℕ0 ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))))
6055, 56, 35, 59syl3anc 1368 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))))
6127a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)))
6261oveq2d 7171 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃 𝐴) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))))
6360, 62eqtr4d 2796 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝑃 𝐴))
6411, 31, 58znfermltl 31087 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
658, 35, 64syl2anc 587 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
6665fveq2d 6666 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)))
6766, 27eqtr4di 2811 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = 𝐴)
6843, 63, 673eqtr2d 2799 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = 𝐴)
6942, 68oveq12d 7173 . 2 (𝜑 → (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
7040, 41, 693eqtr3d 2801 1 (𝜑 → (𝑃 (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4   = wceq 1538  wcel 2111  wf 6335  cfv 6339  (class class class)co 7155  cn 11679  0cn0 11939  cz 12025  cprime 16072  Basecbs 16546  +gcplusg 16628  Scalarcsca 16631   MndHom cmhm 18025  Grpcgrp 18174  .gcmg 18296  mulGrpcmgp 19312  Ringcrg 19370  CRingccrg 19371   RingHom crh 19540  ringzring 20243  ℤRHomczrh 20274  chrcchr 20276  ℤ/nczn 20277  AssAlgcasa 20620  algSccascl 20622  var1cv1 20905  Poly1cpl1 20906
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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2729  ax-rep 5159  ax-sep 5172  ax-nul 5179  ax-pow 5237  ax-pr 5301  ax-un 7464  ax-cnex 10636  ax-resscn 10637  ax-1cn 10638  ax-icn 10639  ax-addcl 10640  ax-addrcl 10641  ax-mulcl 10642  ax-mulrcl 10643  ax-mulcom 10644  ax-addass 10645  ax-mulass 10646  ax-distr 10647  ax-i2m1 10648  ax-1ne0 10649  ax-1rid 10650  ax-rnegex 10651  ax-rrecex 10652  ax-cnre 10653  ax-pre-lttri 10654  ax-pre-lttrn 10655  ax-pre-ltadd 10656  ax-pre-mulgt0 10657  ax-pre-sup 10658  ax-addf 10659  ax-mulf 10660
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2557  df-eu 2588  df-clab 2736  df-cleq 2750  df-clel 2830  df-nfc 2901  df-ne 2952  df-nel 3056  df-ral 3075  df-rex 3076  df-reu 3077  df-rmo 3078  df-rab 3079  df-v 3411  df-sbc 3699  df-csb 3808  df-dif 3863  df-un 3865  df-in 3867  df-ss 3877  df-pss 3879  df-nul 4228  df-if 4424  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4802  df-int 4842  df-iun 4888  df-iin 4889  df-br 5036  df-opab 5098  df-mpt 5116  df-tr 5142  df-id 5433  df-eprel 5438  df-po 5446  df-so 5447  df-fr 5486  df-se 5487  df-we 5488  df-xp 5533  df-rel 5534  df-cnv 5535  df-co 5536  df-dm 5537  df-rn 5538  df-res 5539  df-ima 5540  df-pred 6130  df-ord 6176  df-on 6177  df-lim 6178  df-suc 6179  df-iota 6298  df-fun 6341  df-fn 6342  df-f 6343  df-f1 6344  df-fo 6345  df-f1o 6346  df-fv 6347  df-isom 6348  df-riota 7113  df-ov 7158  df-oprab 7159  df-mpo 7160  df-of 7410  df-ofr 7411  df-om 7585  df-1st 7698  df-2nd 7699  df-supp 7841  df-tpos 7907  df-wrecs 7962  df-recs 8023  df-rdg 8061  df-1o 8117  df-2o 8118  df-oadd 8121  df-er 8304  df-ec 8306  df-qs 8310  df-map 8423  df-pm 8424  df-ixp 8485  df-en 8533  df-dom 8534  df-sdom 8535  df-fin 8536  df-fsupp 8872  df-sup 8944  df-inf 8945  df-oi 9012  df-dju 9368  df-card 9406  df-pnf 10720  df-mnf 10721  df-xr 10722  df-ltxr 10723  df-le 10724  df-sub 10915  df-neg 10916  df-div 11341  df-nn 11680  df-2 11742  df-3 11743  df-4 11744  df-5 11745  df-6 11746  df-7 11747  df-8 11748  df-9 11749  df-n0 11940  df-xnn0 12012  df-z 12026  df-dec 12143  df-uz 12288  df-rp 12436  df-fz 12945  df-fzo 13088  df-fl 13216  df-mod 13292  df-seq 13424  df-exp 13485  df-fac 13689  df-bc 13718  df-hash 13746  df-cj 14511  df-re 14512  df-im 14513  df-sqrt 14647  df-abs 14648  df-dvds 15661  df-gcd 15899  df-prm 16073  df-phi 16163  df-struct 16548  df-ndx 16549  df-slot 16550  df-base 16552  df-sets 16553  df-ress 16554  df-plusg 16641  df-mulr 16642  df-starv 16643  df-sca 16644  df-vsca 16645  df-ip 16646  df-tset 16647  df-ple 16648  df-ds 16650  df-unif 16651  df-0g 16778  df-gsum 16779  df-imas 16844  df-qus 16845  df-mre 16920  df-mrc 16921  df-acs 16923  df-mgm 17923  df-sgrp 17972  df-mnd 17983  df-mhm 18027  df-submnd 18028  df-grp 18177  df-minusg 18178  df-sbg 18179  df-mulg 18297  df-subg 18348  df-nsg 18349  df-eqg 18350  df-ghm 18428  df-cntz 18519  df-od 18728  df-cmn 18980  df-abl 18981  df-mgp 19313  df-ur 19325  df-srg 19329  df-ring 19372  df-cring 19373  df-oppr 19449  df-dvdsr 19467  df-unit 19468  df-invr 19498  df-dvr 19509  df-rnghom 19543  df-drng 19577  df-subrg 19606  df-lmod 19709  df-lss 19777  df-lsp 19817  df-sra 20017  df-rgmod 20018  df-lidl 20019  df-rsp 20020  df-2idl 20078  df-cnfld 20172  df-zring 20244  df-zrh 20278  df-chr 20280  df-zn 20281  df-assa 20623  df-ascl 20625  df-psr 20676  df-mvr 20677  df-mpl 20678  df-opsr 20680  df-psr1 20909  df-vr1 20910  df-ply1 20911  df-coe1 20912
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator