MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  ply1fermltlchr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ply1fermltlchr 22337
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 2740 . . 3 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
2 ply1fermltlchr.l . . 3 + = (+g𝑊)
3 ply1fermltlchr.t . . . 4 = (.g𝑁)
4 ply1fermltlchr.n . . . . 5 𝑁 = (mulGrp‘𝑊)
54fveq2i 6923 . . . 4 (.g𝑁) = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
63, 5eqtri 2768 . . 3 = (.g‘(mulGrp‘𝑊))
7 eqid 2740 . . 3 (chr‘𝑊) = (chr‘𝑊)
8 ply1fermltlchr.f . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ CRing)
9 ply1fermltlchr.w . . . . 5 𝑊 = (Poly1𝐹)
109ply1crng 22221 . . . 4 (𝐹 ∈ CRing → 𝑊 ∈ CRing)
118, 10syl 17 . . 3 (𝜑𝑊 ∈ CRing)
129ply1chr 22331 . . . . . 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 2798 . . . 4 (𝜑 → (chr‘𝑊) = 𝑃)
16 ply1fermltlchr.1 . . . 4 (𝜑𝑃 ∈ ℙ)
1715, 16eqeltrd 2844 . . 3 (𝜑 → (chr‘𝑊) ∈ ℙ)
188crngringd 20273 . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ Ring)
19 ply1fermltlchr.x . . . . 5 𝑋 = (var1𝐹)
2019, 9, 1vr1cl 22240 . . . 4 (𝐹 ∈ Ring → 𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
2118, 20syl 17 . . 3 (𝜑𝑋 ∈ (Base‘𝑊))
22 ply1fermltlchr.a . . . 4 𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))
23 eqid 2740 . . . . . . . 8 (ℤRHom‘𝐹) = (ℤRHom‘𝐹)
2423zrhrhm 21545 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ Ring → (ℤRHom‘𝐹) ∈ (ℤring RingHom 𝐹))
25 zringbas 21487 . . . . . . . 8 ℤ = (Base‘ℤring)
26 eqid 2740 . . . . . . . 8 (Base‘𝐹) = (Base‘𝐹)
2725, 26rhmf 20511 . . . . . . 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 7119 . . . . 5 (𝜑 → ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) ∈ (Base‘𝐹))
31 ply1fermltlchr.c . . . . . 6 𝐶 = (algSc‘𝑊)
329, 31, 26, 1ply1sclcl 22310 . . . . 5 ((𝐹 ∈ Ring ∧ ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) ∈ (Base‘𝐹)) → (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3318, 30, 32syl2anc 583 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)) ∈ (Base‘𝑊))
3422, 33eqeltrid 2848 . . 3 (𝜑𝐴 ∈ (Base‘𝑊))
351, 2, 6, 7, 11, 17, 21, 34freshmansdream 21616 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)))
3615oveq1d 7463 . 2 (𝜑 → ((chr‘𝑊) (𝑋 + 𝐴)) = (𝑃 (𝑋 + 𝐴)))
3715oveq1d 7463 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝑋) = (𝑃 𝑋))
3815oveq1d 7463 . . . 4 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = (𝑃 𝐴))
399ply1assa 22222 . . . . . . . . 9 (𝐹 ∈ CRing → 𝑊 ∈ AssAlg)
40 eqid 2740 . . . . . . . . . 10 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
4131, 40asclrhm 21933 . . . . . . . . 9 (𝑊 ∈ AssAlg → 𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
428, 39, 413syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑𝐶 ∈ ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
438crnggrpd 20274 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐹 ∈ Grp)
449ply1sca 22275 . . . . . . . . . 10 (𝐹 ∈ Grp → 𝐹 = (Scalar‘𝑊))
4543, 44syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐹 = (Scalar‘𝑊))
4645oveq1d 7463 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐹 RingHom 𝑊) = ((Scalar‘𝑊) RingHom 𝑊))
4742, 46eleqtrrd 2847 . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ (𝐹 RingHom 𝑊))
48 eqid 2740 . . . . . . . 8 (mulGrp‘𝐹) = (mulGrp‘𝐹)
4948, 4rhmmhm 20505 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (𝐹 RingHom 𝑊) → 𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝐹) MndHom 𝑁))
5047, 49syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝐶 ∈ ((mulGrp‘𝐹) MndHom 𝑁))
51 prmnn 16721 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
52 nnnn0 12560 . . . . . . 7 (𝑃 ∈ ℕ → 𝑃 ∈ ℕ0)
5316, 51, 523syl 18 . . . . . 6 (𝜑𝑃 ∈ ℕ0)
5448, 26mgpbas 20167 . . . . . . 7 (Base‘𝐹) = (Base‘(mulGrp‘𝐹))
55 eqid 2740 . . . . . . 7 (.g‘(mulGrp‘𝐹)) = (.g‘(mulGrp‘𝐹))
5654, 55, 3mhmmulg 19155 . . . . . 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 1371 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))))
5822a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝐴 = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)))
5958oveq2d 7464 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃 𝐴) = (𝑃 (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))))
6057, 59eqtr4d 2783 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝑃 𝐴))
61 eqid 2740 . . . . . . 7 ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸) = ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)
6214, 26, 55, 61, 16, 29, 8fermltlchr 21567 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)) = ((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))
6362fveq2d 6924 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = (𝐶‘((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸)))
6463, 22eqtr4di 2798 . . . 4 (𝜑 → (𝐶‘(𝑃(.g‘(mulGrp‘𝐹))((ℤRHom‘𝐹)‘𝐸))) = 𝐴)
6538, 60, 643eqtr2d 2786 . . 3 (𝜑 → ((chr‘𝑊) 𝐴) = 𝐴)
6637, 65oveq12d 7466 . 2 (𝜑 → (((chr‘𝑊) 𝑋) + ((chr‘𝑊) 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
6735, 36, 663eqtr3d 2788 1 (𝜑 → (𝑃 (𝑋 + 𝐴)) = ((𝑃 𝑋) + 𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4   = wceq 1537  wcel 2108  wf 6569  cfv 6573  (class class class)co 7448  cn 12293  0cn0 12553  cz 12639  cprime 16718  Basecbs 17258  +gcplusg 17311  Scalarcsca 17314   MndHom cmhm 18816  Grpcgrp 18973  .gcmg 19107  mulGrpcmgp 20161  Ringcrg 20260  CRingccrg 20261   RingHom crh 20495  ringczring 21480  ℤRHomczrh 21533  chrcchr 21535  AssAlgcasa 21893  algSccascl 21895  var1cv1 22198  Poly1cpl1 22199
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261  ax-pre-sup 11262  ax-addf 11263  ax-mulf 11264
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-tp 4653  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4971  df-iun 5017  df-iin 5018  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-se 5653  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-isom 6582  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-of 7714  df-ofr 7715  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-supp 8202  df-tpos 8267  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-2o 8523  df-oadd 8526  df-er 8763  df-map 8886  df-pm 8887  df-ixp 8956  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007  df-fsupp 9432  df-sup 9511  df-inf 9512  df-oi 9579  df-dju 9970  df-card 10008  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-div 11948  df-nn 12294  df-2 12356  df-3 12357  df-4 12358  df-5 12359  df-6 12360  df-7 12361  df-8 12362  df-9 12363  df-n0 12554  df-xnn0 12626  df-z 12640  df-dec 12759  df-uz 12904  df-rp 13058  df-fz 13568  df-fzo 13712  df-fl 13843  df-mod 13921  df-seq 14053  df-exp 14113  df-fac 14323  df-bc 14352  df-hash 14380  df-cj 15148  df-re 15149  df-im 15150  df-sqrt 15284  df-abs 15285  df-dvds 16303  df-gcd 16541  df-prm 16719  df-phi 16813  df-struct 17194  df-sets 17211  df-slot 17229  df-ndx 17241  df-base 17259  df-ress 17288  df-plusg 17324  df-mulr 17325  df-starv 17326  df-sca 17327  df-vsca 17328  df-ip 17329  df-tset 17330  df-ple 17331  df-ds 17333  df-unif 17334  df-hom 17335  df-cco 17336  df-0g 17501  df-gsum 17502  df-prds 17507  df-pws 17509  df-mre 17644  df-mrc 17645  df-acs 17647  df-mgm 18678  df-sgrp 18757  df-mnd 18773  df-mhm 18818  df-submnd 18819  df-grp 18976  df-minusg 18977  df-sbg 18978  df-mulg 19108  df-subg 19163  df-ghm 19253  df-cntz 19357  df-od 19570  df-cmn 19824  df-abl 19825  df-mgp 20162  df-rng 20180  df-ur 20209  df-srg 20214  df-ring 20262  df-cring 20263  df-oppr 20360  df-dvdsr 20383  df-unit 20384  df-invr 20414  df-dvr 20427  df-rhm 20498  df-subrng 20572  df-subrg 20597  df-drng 20753  df-lmod 20882  df-lss 20953  df-cnfld 21388  df-zring 21481  df-zrh 21537  df-chr 21539  df-assa 21896  df-ascl 21898  df-psr 21952  df-mvr 21953  df-mpl 21954  df-opsr 21956  df-psr1 22202  df-vr1 22203  df-ply1 22204  df-coe1 22205
This theorem is referenced by:  ply1fermltl  33574  aks6d1c1p2  42066
  Copyright terms: Public domain W3C validator