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 31572
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 2738 . . 3 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
2 ply1fermltl.l . . 3 + = (+g𝑊)
3 ply1fermltl.t . . . 4 = (.g𝑁)
4 ply1fermltl.n . . . . 5 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
54fveq2i 6759 . . . 4 (.g𝑁) = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
63, 5eqtri 2766 . . 3 = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
7 eqid 2738 . . 3 (chr‘𝑊) = (chr‘𝑊)
8 ply1fermltl.p . . . . 5 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
9 prmnn 16307 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
10 nnnn0 12170 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℕ0)
11 ply1fermltl.z . . . . . 6 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑃)
1211zncrng 20664 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℕ0𝑍 ∈ CRing)
138, 9, 10, 124syl 19 . . . 4 (𝜑𝑍 ∈ CRing)
14 ply1fermltl.w . . . . 5 𝑊 = (Poly1𝑍)
1514ply1crng 21279 . . . 4 (𝑍 ∈ CRing → 𝑊 ∈ CRing)
1613, 15syl 17 . . 3 (𝜑𝑊 ∈ CRing)
1714ply1chr 31571 . . . . . 6 (𝑍 ∈ CRing → (chr‘𝑊) = (chr‘𝑍))
1813, 17syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (chr‘𝑊) = (chr‘𝑍))
1911znchr 20682 . . . . . 6 (𝑃 ∈ ℕ0 → (chr‘𝑍) = 𝑃)
208, 9, 10, 194syl 19 . . . . 5 (𝜑 → (chr‘𝑍) = 𝑃)
2118, 20eqtrd 2778 . . . 4 (𝜑 → (chr‘𝑊) = 𝑃)
2221, 8eqeltrd 2839 . . 3 (𝜑 → (chr‘𝑊) ∈ ℙ)
2313crngringd 19711 . . . 4 (𝜑𝑍 ∈ Ring)
24 ply1fermltl.x . . . . 5 𝑋 = (var1𝑍)
2524, 14, 1vr1cl 21298 . . . 4 (𝑍 ∈ Ring → 𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
2623, 25syl 17 . . 3 (𝜑𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
27 ply1fermltl.a . . . 4 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
28 eqid 2738 . . . . . . . 8 (ℤRHom‘𝑍) = (ℤRHom‘𝑍)
2928zrhrhm 20625 . . . . . . 7 (𝑍 ∈ Ring → (ℤRHom‘𝑍) ∈ (ℤring RingHom 𝑍))
30 zringbas 20588 . . . . . . . 8 ℤ = (Base‘ℤring)
31 eqid 2738 . . . . . . . 8 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
3230, 31rhmf 19885 . . . . . . 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 6944 . . . . 5 (𝜑 → ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍))
36 ply1fermltl.c . . . . . 6 𝐶 = (algSc‘𝑊)
3714, 36, 31, 1ply1sclcl 21367 . . . . 5 ((𝑍 ∈ Ring ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3823, 35, 37syl2anc 583 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3927, 38eqeltrid 2843 . . 3 (𝜑𝐴 ∈ (Base‘𝑊))
401, 2, 6, 7, 16, 22, 26, 39freshmansdream 31386 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)))
4121oveq1d 7270 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 (𝑋 + 𝐴)))
4221oveq1d 7270 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝑋) = (𝑃 𝑋))
4321oveq1d 7270 . . . 4 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = (𝑃 𝐴))
4414ply1assa 21280 . . . . . . . . 9 (𝑍 ∈ CRing → 𝑊 ∈ AssAlg)
45 eqid 2738 . . . . . . . . . 10 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
4636, 45asclrhm 21004 . . . . . . . . 9 (𝑊 ∈ AssAlg → 𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4713, 44, 463syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4813crnggrpd 19712 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑍 ∈ Grp)
4914ply1sca 21334 . . . . . . . . . 10 (𝑍 ∈ Grp → 𝑍 = (Scalar‘𝑊))
5048, 49syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑍 = (Scalar‘𝑊))
5150oveq1d 7270 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑍 RingHom 𝑊) = ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
5247, 51eleqtrrd 2842 . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ (𝑍 RingHom 𝑊))
53 eqid 2738 . . . . . . . 8 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
5453, 4rhmmhm 19881 . . . . . . 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 19641 . . . . . . 7 (Base‘𝑍) = (Base‘(mulGrp‘𝑍))
58 eqid 2738 . . . . . . 7 (.g‘(mulGrp‘𝑍)) = (.g‘(mulGrp‘𝑍))
5957, 58, 3mhmmulg 18659 . . . . . 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 1369 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))))
6127a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)))
6261oveq2d 7271 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃 𝐴) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))))
6360, 62eqtr4d 2781 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝑃 𝐴))
6411, 31, 58znfermltl 31464 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
658, 35, 64syl2anc 583 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
6665fveq2d 6760 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)))
6766, 27eqtr4di 2797 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = 𝐴)
6843, 63, 673eqtr2d 2784 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = 𝐴)
6942, 68oveq12d 7273 . 2 (𝜑 → (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
7040, 41, 693eqtr3d 2786 1 (𝜑 → (𝑃 (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4   = wceq 1539  wcel 2108  wf 6414  cfv 6418  (class class class)co 7255  cn 11903  0cn0 12163  cz 12249  cprime 16304  Basecbs 16840  +gcplusg 16888  Scalarcsca 16891   MndHom cmhm 18343  Grpcgrp 18492  .gcmg 18615  mulGrpcmgp 19635  Ringcrg 19698  CRingccrg 19699   RingHom crh 19871  ringzring 20582  ℤRHomczrh 20613  chrcchr 20615  ℤ/nczn 20616  AssAlgcasa 20967  algSccascl 20969  var1cv1 21257  Poly1cpl1 21258
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880  ax-addf 10881  ax-mulf 10882
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-iin 4924  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-of 7511  df-ofr 7512  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-supp 7949  df-tpos 8013  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-2o 8268  df-oadd 8271  df-er 8456  df-ec 8458  df-qs 8462  df-map 8575  df-pm 8576  df-ixp 8644  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-fsupp 9059  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-dju 9590  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-4 11968  df-5 11969  df-6 11970  df-7 11971  df-8 11972  df-9 11973  df-n0 12164  df-xnn0 12236  df-z 12250  df-dec 12367  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-mod 13518  df-seq 13650  df-exp 13711  df-fac 13916  df-bc 13945  df-hash 13973  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-dvds 15892  df-gcd 16130  df-prm 16305  df-phi 16395  df-struct 16776  df-sets 16793  df-slot 16811  df-ndx 16823  df-base 16841  df-ress 16868  df-plusg 16901  df-mulr 16902  df-starv 16903  df-sca 16904  df-vsca 16905  df-ip 16906  df-tset 16907  df-ple 16908  df-ds 16910  df-unif 16911  df-0g 17069  df-gsum 17070  df-imas 17136  df-qus 17137  df-mre 17212  df-mrc 17213  df-acs 17215  df-mgm 18241  df-sgrp 18290  df-mnd 18301  df-mhm 18345  df-submnd 18346  df-grp 18495  df-minusg 18496  df-sbg 18497  df-mulg 18616  df-subg 18667  df-nsg 18668  df-eqg 18669  df-ghm 18747  df-cntz 18838  df-od 19051  df-cmn 19303  df-abl 19304  df-mgp 19636  df-ur 19653  df-srg 19657  df-ring 19700  df-cring 19701  df-oppr 19777  df-dvdsr 19798  df-unit 19799  df-invr 19829  df-dvr 19840  df-rnghom 19874  df-drng 19908  df-subrg 19937  df-lmod 20040  df-lss 20109  df-lsp 20149  df-sra 20349  df-rgmod 20350  df-lidl 20351  df-rsp 20352  df-2idl 20416  df-cnfld 20511  df-zring 20583  df-zrh 20617  df-chr 20619  df-zn 20620  df-assa 20970  df-ascl 20972  df-psr 21022  df-mvr 21023  df-mpl 21024  df-opsr 21026  df-psr1 21261  df-vr1 21262  df-ply1 21263  df-coe1 21264
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator