Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  ply1fermltlchr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ply1fermltlchr 31775
Description: Fermat's little theorem for polynomials in a commutative ring 𝐹 of characteristic 𝑃 prime: we have the polynomial equation (𝑋 + 𝐴)↑𝑃 = ((𝑋𝑃) + 𝐴). (Contributed by Thierry Arnoux, 9-Jan-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
ply1fermltlchr.w 𝑊 = (Poly1𝐹)
ply1fermltlchr.x 𝑋 = (var1𝐹)
ply1fermltlchr.l + = (+g𝑊)
ply1fermltlchr.n 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
ply1fermltlchr.t = (.g𝑁)
ply1fermltlchr.c 𝐶 = (algSc‘𝑊)
ply1fermltlchr.a 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))
ply1fermltlchr.p 𝑃 = (chr‘𝐹)
ply1fermltlchr.f (𝜑𝐹 ∈ CRing)
ply1fermltlchr.1 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
ply1fermltlchr.2 (𝜑𝐸 ∈ ℤ)
Assertion
Ref Expression
ply1fermltlchr (𝜑 → (𝑃 (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))

Proof of Theorem ply1fermltlchr
StepHypRef Expression
1 eqid 2737 . . 3 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
2 ply1fermltlchr.l . . 3 + = (+g𝑊)
3 ply1fermltlchr.t . . . 4 = (.g𝑁)
4 ply1fermltlchr.n . . . . 5 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
54fveq2i 6814 . . . 4 (.g𝑁) = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
63, 5eqtri 2765 . . 3 = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
7 eqid 2737 . . 3 (chr‘𝑊) = (chr‘𝑊)
8 ply1fermltlchr.f . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ CRing)
9 ply1fermltlchr.w . . . . 5 𝑊 = (Poly1𝐹)
109ply1crng 21441 . . . 4 (𝐹 ∈ CRing → 𝑊 ∈ CRing)
118, 10syl 17 . . 3 (𝜑𝑊 ∈ CRing)
129ply1chr 31774 . . . . . 6 (𝐹 ∈ CRing → (chr‘𝑊) = (chr‘𝐹))
138, 12syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (chr‘𝑊) = (chr‘𝐹))
14 ply1fermltlchr.p . . . . 5 𝑃 = (chr‘𝐹)
1513, 14eqtr4di 2795 . . . 4 (𝜑 → (chr‘𝑊) = 𝑃)
16 ply1fermltlchr.1 . . . 4 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
1715, 16eqeltrd 2838 . . 3 (𝜑 → (chr‘𝑊) ∈ ℙ)
188crngringd 19864 . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ Ring)
19 ply1fermltlchr.x . . . . 5 𝑋 = (var1𝐹)
2019, 9, 1vr1cl 21460 . . . 4 (𝐹 ∈ Ring → 𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
2118, 20syl 17 . . 3 (𝜑𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
22 ply1fermltlchr.a . . . 4 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))
23 eqid 2737 . . . . . . . 8 (ℤRHom‘𝐹) = (ℤRHom‘𝐹)
2423zrhrhm 20785 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ Ring → (ℤRHom‘𝐹) ∈ (ℤring RingHom 𝐹))
25 zringbas 20748 . . . . . . . 8 ℤ = (Base‘ℤring)
26 eqid 2737 . . . . . . . 8 (Base‘𝐹) = (Base‘𝐹)
2725, 26rhmf 20038 . . . . . . 7 ((ℤRHom‘𝐹) ∈ (ℤring RingHom 𝐹) → (ℤRHom‘𝐹):ℤ⟶(Base‘𝐹))
2818, 24, 273syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (ℤRHom‘𝐹):ℤ⟶(Base‘𝐹))
29 ply1fermltlchr.2 . . . . . 6 (𝜑𝐸 ∈ ℤ)
3028, 29ffvelcdmd 7001 . . . . 5 (𝜑 → ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) ∈ (Base‘𝐹))
31 ply1fermltlchr.c . . . . . 6 𝐶 = (algSc‘𝑊)
329, 31, 26, 1ply1sclcl 21529 . . . . 5 ((𝐹 ∈ Ring ∧ ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) ∈ (Base‘𝐹)) → (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3318, 30, 32syl2anc 584 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3422, 33eqeltrid 2842 . . 3 (𝜑𝐴 ∈ (Base‘𝑊))
351, 2, 6, 7, 11, 17, 21, 34freshmansdream 31592 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)))
3615oveq1d 7330 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 (𝑋 + 𝐴)))
3715oveq1d 7330 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝑋) = (𝑃 𝑋))
3815oveq1d 7330 . . . 4 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = (𝑃 𝐴))
399ply1assa 21442 . . . . . . . . 9 (𝐹 ∈ CRing → 𝑊 ∈ AssAlg)
40 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
4131, 40asclrhm 21166 . . . . . . . . 9 (𝑊 ∈ AssAlg → 𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
428, 39, 413syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
438crnggrpd 19865 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐹 ∈ Grp)
449ply1sca 21496 . . . . . . . . . 10 (𝐹 ∈ Grp → 𝐹 = (Scalar‘𝑊))
4543, 44syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐹 = (Scalar‘𝑊))
4645oveq1d 7330 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐹 RingHom 𝑊) = ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4742, 46eleqtrrd 2841 . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ (𝐹 RingHom 𝑊))
48 eqid 2737 . . . . . . . 8 (mulGrp‘𝐹) = (mulGrp‘𝐹)
4948, 4rhmmhm 20034 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (𝐹 RingHom 𝑊) → 𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝐹) MndHom 𝑁))
5047, 49syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝐹) MndHom 𝑁))
51 prmnn 16449 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
52 nnnn0 12313 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℕ0)
5316, 51, 523syl 18 . . . . . 6 (𝜑𝑃 ∈ ℕ0)
5448, 26mgpbas 19794 . . . . . . 7 (Base‘𝐹) = (Base‘(mulGrp‘𝐹))
55 eqid 2737 . . . . . . 7 (.g‘(mulGrp‘𝐹)) = (.g‘(mulGrp‘𝐹))
5654, 55, 3mhmmulg 18813 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝐹) MndHom 𝑁) ∧ 𝑃 ∈ ℕ0 ∧ ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) ∈ (Base‘𝐹)) → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))))
5750, 53, 30, 56syl3anc 1370 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))))
5822a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)))
5958oveq2d 7331 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃 𝐴) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))))
6057, 59eqtr4d 2780 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝑃 𝐴))
61 eqid 2737 . . . . . . 7 ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) = ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)
6214, 26, 55, 61, 16, 29, 8fermltlchr 31666 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))
6362fveq2d 6815 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)))
6463, 22eqtr4di 2795 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = 𝐴)
6538, 60, 643eqtr2d 2783 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = 𝐴)
6637, 65oveq12d 7333 . 2 (𝜑 → (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
6735, 36, 663eqtr3d 2785 1 (𝜑 → (𝑃 (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4   = wceq 1540  wcel 2105  wf 6461  cfv 6465  (class class class)co 7315  cn 12046  0cn0 12306  cz 12392  cprime 16446  Basecbs 16982  +gcplusg 17032  Scalarcsca 17035   MndHom cmhm 18498  Grpcgrp 18646  .gcmg 18769  mulGrpcmgp 19788  Ringcrg 19851  CRingccrg 19852   RingHom crh 20024  ringczring 20742  ℤRHomczrh 20773  chrcchr 20775  AssAlgcasa 21129  algSccascl 21131  var1cv1 21419  Poly1cpl1 21420
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2708  ax-rep 5224  ax-sep 5238  ax-nul 5245  ax-pow 5303  ax-pr 5367  ax-un 7628  ax-cnex 11000  ax-resscn 11001  ax-1cn 11002  ax-icn 11003  ax-addcl 11004  ax-addrcl 11005  ax-mulcl 11006  ax-mulrcl 11007  ax-mulcom 11008  ax-addass 11009  ax-mulass 11010  ax-distr 11011  ax-i2m1 11012  ax-1ne0 11013  ax-1rid 11014  ax-rnegex 11015  ax-rrecex 11016  ax-cnre 11017  ax-pre-lttri 11018  ax-pre-lttrn 11019  ax-pre-ltadd 11020  ax-pre-mulgt0 11021  ax-pre-sup 11022  ax-addf 11023  ax-mulf 11024
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2815  df-nfc 2887  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3350  df-reu 3351  df-rab 3405  df-v 3443  df-sbc 3727  df-csb 3843  df-dif 3900  df-un 3902  df-in 3904  df-ss 3914  df-pss 3916  df-nul 4268  df-if 4472  df-pw 4547  df-sn 4572  df-pr 4574  df-tp 4576  df-op 4578  df-uni 4851  df-int 4893  df-iun 4939  df-iin 4940  df-br 5088  df-opab 5150  df-mpt 5171  df-tr 5205  df-id 5507  df-eprel 5513  df-po 5521  df-so 5522  df-fr 5562  df-se 5563  df-we 5564  df-xp 5613  df-rel 5614  df-cnv 5615  df-co 5616  df-dm 5617  df-rn 5618  df-res 5619  df-ima 5620  df-pred 6224  df-ord 6291  df-on 6292  df-lim 6293  df-suc 6294  df-iota 6417  df-fun 6467  df-fn 6468  df-f 6469  df-f1 6470  df-fo 6471  df-f1o 6472  df-fv 6473  df-isom 6474  df-riota 7272  df-ov 7318  df-oprab 7319  df-mpo 7320  df-of 7573  df-ofr 7574  df-om 7758  df-1st 7876  df-2nd 7877  df-supp 8025  df-tpos 8089  df-frecs 8144  df-wrecs 8175  df-recs 8249  df-rdg 8288  df-1o 8344  df-2o 8345  df-oadd 8348  df-er 8546  df-map 8665  df-pm 8666  df-ixp 8734  df-en 8782  df-dom 8783  df-sdom 8784  df-fin 8785  df-fsupp 9199  df-sup 9271  df-inf 9272  df-oi 9339  df-dju 9730  df-card 9768  df-pnf 11084  df-mnf 11085  df-xr 11086  df-ltxr 11087  df-le 11088  df-sub 11280  df-neg 11281  df-div 11706  df-nn 12047  df-2 12109  df-3 12110  df-4 12111  df-5 12112  df-6 12113  df-7 12114  df-8 12115  df-9 12116  df-n0 12307  df-xnn0 12379  df-z 12393  df-dec 12511  df-uz 12656  df-rp 12804  df-fz 13313  df-fzo 13456  df-fl 13585  df-mod 13663  df-seq 13795  df-exp 13856  df-fac 14061  df-bc 14090  df-hash 14118  df-cj 14882  df-re 14883  df-im 14884  df-sqrt 15018  df-abs 15019  df-dvds 16036  df-gcd 16274  df-prm 16447  df-phi 16537  df-struct 16918  df-sets 16935  df-slot 16953  df-ndx 16965  df-base 16983  df-ress 17012  df-plusg 17045  df-mulr 17046  df-starv 17047  df-sca 17048  df-vsca 17049  df-tset 17051  df-ple 17052  df-ds 17054  df-unif 17055  df-0g 17222  df-gsum 17223  df-mre 17365  df-mrc 17366  df-acs 17368  df-mgm 18396  df-sgrp 18445  df-mnd 18456  df-mhm 18500  df-submnd 18501  df-grp 18649  df-minusg 18650  df-sbg 18651  df-mulg 18770  df-subg 18821  df-ghm 18901  df-cntz 18992  df-od 19205  df-cmn 19456  df-abl 19457  df-mgp 19789  df-ur 19806  df-srg 19810  df-ring 19853  df-cring 19854  df-oppr 19930  df-dvdsr 19951  df-unit 19952  df-invr 19982  df-dvr 19993  df-rnghom 20027  df-drng 20065  df-subrg 20094  df-lmod 20197  df-lss 20266  df-cnfld 20670  df-zring 20743  df-zrh 20777  df-chr 20779  df-assa 21132  df-ascl 21134  df-psr 21184  df-mvr 21185  df-mpl 21186  df-opsr 21188  df-psr1 21423  df-vr1 21424  df-ply1 21425  df-coe1 21426
This theorem is referenced by:  ply1fermltl  31776
  Copyright terms: Public domain W3C validator