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 31670
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 6777 . . . 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 16379 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
10 nnnn0 12240 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℕ0)
11 ply1fermltl.z . . . . . 6 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑃)
1211zncrng 20752 . . . . 5 (𝑃 ∈ ℕ0𝑍 ∈ CRing)
138, 9, 10, 124syl 19 . . . 4 (𝜑𝑍 ∈ CRing)
14 ply1fermltl.w . . . . 5 𝑊 = (Poly1𝑍)
1514ply1crng 21369 . . . 4 (𝑍 ∈ CRing → 𝑊 ∈ CRing)
1613, 15syl 17 . . 3 (𝜑𝑊 ∈ CRing)
1714ply1chr 31669 . . . . . 6 (𝑍 ∈ CRing → (chr‘𝑊) = (chr‘𝑍))
1813, 17syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (chr‘𝑊) = (chr‘𝑍))
1911znchr 20770 . . . . . 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 19796 . . . 4 (𝜑𝑍 ∈ Ring)
24 ply1fermltl.x . . . . 5 𝑋 = (var1𝑍)
2524, 14, 1vr1cl 21388 . . . 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 20713 . . . . . . 7 (𝑍 ∈ Ring → (ℤRHom‘𝑍) ∈ (ℤring RingHom 𝑍))
30 zringbas 20676 . . . . . . . 8 ℤ = (Base‘ℤring)
31 eqid 2738 . . . . . . . 8 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
3230, 31rhmf 19970 . . . . . . 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 6962 . . . . 5 (𝜑 → ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍))
36 ply1fermltl.c . . . . . 6 𝐶 = (algSc‘𝑊)
3714, 36, 31, 1ply1sclcl 21457 . . . . 5 ((𝑍 ∈ Ring ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3823, 35, 37syl2anc 584 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3927, 38eqeltrid 2843 . . 3 (𝜑𝐴 ∈ (Base‘𝑊))
401, 2, 6, 7, 16, 22, 26, 39freshmansdream 31484 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)))
4121oveq1d 7290 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 (𝑋 + 𝐴)))
4221oveq1d 7290 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝑋) = (𝑃 𝑋))
4321oveq1d 7290 . . . 4 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = (𝑃 𝐴))
4414ply1assa 21370 . . . . . . . . 9 (𝑍 ∈ CRing → 𝑊 ∈ AssAlg)
45 eqid 2738 . . . . . . . . . 10 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
4636, 45asclrhm 21094 . . . . . . . . 9 (𝑊 ∈ AssAlg → 𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4713, 44, 463syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4813crnggrpd 19797 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑍 ∈ Grp)
4914ply1sca 21424 . . . . . . . . . 10 (𝑍 ∈ Grp → 𝑍 = (Scalar‘𝑊))
5048, 49syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑍 = (Scalar‘𝑊))
5150oveq1d 7290 . . . . . . . 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 19966 . . . . . . 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 19726 . . . . . . 7 (Base‘𝑍) = (Base‘(mulGrp‘𝑍))
58 eqid 2738 . . . . . . 7 (.g‘(mulGrp‘𝑍)) = (.g‘(mulGrp‘𝑍))
5957, 58, 3mhmmulg 18744 . . . . . 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 1370 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))))
6127a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)))
6261oveq2d 7291 . . . . 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 31562 . . . . . . 7 ((𝑃 ∈ ℙ ∧ ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸) ∈ (Base‘𝑍)) → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
658, 35, 64syl2anc 584 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))
6665fveq2d 6778 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = (𝐶‘((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸)))
6766, 27eqtr4di 2796 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝑍))((ℤRHom‘𝑍)‘𝐸))) = 𝐴)
6843, 63, 673eqtr2d 2784 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = 𝐴)
6942, 68oveq12d 7293 . 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 2106  wf 6429  cfv 6433  (class class class)co 7275  cn 11973  0cn0 12233  cz 12319  cprime 16376  Basecbs 16912  +gcplusg 16962  Scalarcsca 16965   MndHom cmhm 18428  Grpcgrp 18577  .gcmg 18700  mulGrpcmgp 19720  Ringcrg 19783  CRingccrg 19784   RingHom crh 19956  ringczring 20670  ℤRHomczrh 20701  chrcchr 20703  ℤ/nczn 20704  AssAlgcasa 21057  algSccascl 21059  var1cv1 21347  Poly1cpl1 21348
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949  ax-addf 10950  ax-mulf 10951
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-tp 4566  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-iin 4927  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-se 5545  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-isom 6442  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-of 7533  df-ofr 7534  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-supp 7978  df-tpos 8042  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-2o 8298  df-oadd 8301  df-er 8498  df-ec 8500  df-qs 8504  df-map 8617  df-pm 8618  df-ixp 8686  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-fsupp 9129  df-sup 9201  df-inf 9202  df-oi 9269  df-dju 9659  df-card 9697  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-4 12038  df-5 12039  df-6 12040  df-7 12041  df-8 12042  df-9 12043  df-n0 12234  df-xnn0 12306  df-z 12320  df-dec 12438  df-uz 12583  df-rp 12731  df-fz 13240  df-fzo 13383  df-fl 13512  df-mod 13590  df-seq 13722  df-exp 13783  df-fac 13988  df-bc 14017  df-hash 14045  df-cj 14810  df-re 14811  df-im 14812  df-sqrt 14946  df-abs 14947  df-dvds 15964  df-gcd 16202  df-prm 16377  df-phi 16467  df-struct 16848  df-sets 16865  df-slot 16883  df-ndx 16895  df-base 16913  df-ress 16942  df-plusg 16975  df-mulr 16976  df-starv 16977  df-sca 16978  df-vsca 16979  df-ip 16980  df-tset 16981  df-ple 16982  df-ds 16984  df-unif 16985  df-0g 17152  df-gsum 17153  df-imas 17219  df-qus 17220  df-mre 17295  df-mrc 17296  df-acs 17298  df-mgm 18326  df-sgrp 18375  df-mnd 18386  df-mhm 18430  df-submnd 18431  df-grp 18580  df-minusg 18581  df-sbg 18582  df-mulg 18701  df-subg 18752  df-nsg 18753  df-eqg 18754  df-ghm 18832  df-cntz 18923  df-od 19136  df-cmn 19388  df-abl 19389  df-mgp 19721  df-ur 19738  df-srg 19742  df-ring 19785  df-cring 19786  df-oppr 19862  df-dvdsr 19883  df-unit 19884  df-invr 19914  df-dvr 19925  df-rnghom 19959  df-drng 19993  df-subrg 20022  df-lmod 20125  df-lss 20194  df-lsp 20234  df-sra 20434  df-rgmod 20435  df-lidl 20436  df-rsp 20437  df-2idl 20503  df-cnfld 20598  df-zring 20671  df-zrh 20705  df-chr 20707  df-zn 20708  df-assa 21060  df-ascl 21062  df-psr 21112  df-mvr 21113  df-mpl 21114  df-opsr 21116  df-psr1 21351  df-vr1 21352  df-ply1 21353  df-coe1 21354
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator