Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  r1pquslmic Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem r1pquslmic 33583
Description: The univariate polynomial remainder ring (𝐹s 𝑃) is module isomorphic with the quotient ring. (Contributed by Thierry Arnoux, 2-Apr-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
r1plmhm.1 𝑃 = (Poly1𝑅)
r1plmhm.2 𝑈 = (Base‘𝑃)
r1plmhm.4 𝐸 = (rem1p𝑅)
r1plmhm.5 𝑁 = (Unic1p𝑅)
r1plmhm.6 𝐹 = (𝑓𝑈 ↦ (𝑓𝐸𝑀))
r1plmhm.9 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
r1plmhm.10 (𝜑𝑀𝑁)
r1pquslmic.0 0 = (0g𝑃)
r1pquslmic.k 𝐾 = (𝐹 “ { 0 })
r1pquslmic.q 𝑄 = (𝑃 /s (𝑃 ~QG 𝐾))
Assertion
Ref Expression
r1pquslmic (𝜑𝑄𝑚 (𝐹s 𝑃))
Distinct variable groups:   𝑓,𝐸   𝑓,𝑀   𝑃,𝑓   𝑈,𝑓   𝜑,𝑓   0 ,𝑓   𝑓,𝐹   𝑄,𝑓
Allowed substitution hints:   𝑅(𝑓)   𝐾(𝑓)   𝑁(𝑓)

Proof of Theorem r1pquslmic
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑞 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eqidd 2731 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹s 𝑃) = (𝐹s 𝑃))
2 r1plmhm.2 . . . . . . . . . . . 12 𝑈 = (Base‘𝑃)
32a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑈 = (Base‘𝑃))
4 eqid 2730 . . . . . . . . . . 11 (+g𝑃) = (+g𝑃)
5 r1plmhm.9 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
65adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑓𝑈) → 𝑅 ∈ Ring)
7 simpr 484 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑓𝑈) → 𝑓𝑈)
8 r1plmhm.10 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑀𝑁)
98adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑓𝑈) → 𝑀𝑁)
10 r1plmhm.4 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝐸 = (rem1p𝑅)
11 r1plmhm.1 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑃 = (Poly1𝑅)
12 r1plmhm.5 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑁 = (Unic1p𝑅)
1310, 11, 2, 12r1pcl 26071 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑓𝑈𝑀𝑁) → (𝑓𝐸𝑀) ∈ 𝑈)
146, 7, 9, 13syl3anc 1373 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑓𝑈) → (𝑓𝐸𝑀) ∈ 𝑈)
15 r1plmhm.6 . . . . . . . . . . . . 13 𝐹 = (𝑓𝑈 ↦ (𝑓𝐸𝑀))
1614, 15fmptd 7089 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐹:𝑈𝑈)
17 fimadmfo 6784 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝑈𝑈𝐹:𝑈onto→(𝐹𝑈))
1816, 17syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐹:𝑈onto→(𝐹𝑈))
19 anass 468 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ↔ (𝜑 ∧ (𝑎𝑈𝑏𝑈)))
20 simplr 768 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓))
21 simpr 484 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞))
2220, 21oveq12d 7408 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → ((𝐹𝑎)(+g‘(𝐹s 𝑃))(𝐹𝑏)) = ((𝐹𝑓)(+g‘(𝐹s 𝑃))(𝐹𝑞)))
2311, 2, 10, 12, 15, 5, 8r1plmhm 33582 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑𝐹 ∈ (𝑃 LMHom (𝐹s 𝑃)))
2423lmhmghmd 32985 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝐹 ∈ (𝑃 GrpHom (𝐹s 𝑃)))
2524ad6antr 736 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → 𝐹 ∈ (𝑃 GrpHom (𝐹s 𝑃)))
26 simp-6r 787 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → 𝑎𝑈)
27 simp-5r 785 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → 𝑏𝑈)
28 eqid 2730 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (+g‘(𝐹s 𝑃)) = (+g‘(𝐹s 𝑃))
292, 4, 28ghmlin 19160 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝐹 ∈ (𝑃 GrpHom (𝐹s 𝑃)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = ((𝐹𝑎)(+g‘(𝐹s 𝑃))(𝐹𝑏)))
3025, 26, 27, 29syl3anc 1373 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = ((𝐹𝑎)(+g‘(𝐹s 𝑃))(𝐹𝑏)))
31 simp-4r 783 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → 𝑓𝑈)
32 simpllr 775 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → 𝑞𝑈)
332, 4, 28ghmlin 19160 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝐹 ∈ (𝑃 GrpHom (𝐹s 𝑃)) ∧ 𝑓𝑈𝑞𝑈) → (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞)) = ((𝐹𝑓)(+g‘(𝐹s 𝑃))(𝐹𝑞)))
3425, 31, 32, 33syl3anc 1373 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞)) = ((𝐹𝑓)(+g‘(𝐹s 𝑃))(𝐹𝑞)))
3522, 30, 343eqtr4d 2775 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) ∧ (𝐹𝑎) = (𝐹𝑓)) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞)))
3635expl 457 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ 𝑓𝑈) ∧ 𝑞𝑈) → (((𝐹𝑎) = (𝐹𝑓) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞))))
3736anasss 466 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑎𝑈) ∧ 𝑏𝑈) ∧ (𝑓𝑈𝑞𝑈)) → (((𝐹𝑎) = (𝐹𝑓) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞))))
3819, 37sylanbr 582 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ (𝑎𝑈𝑏𝑈)) ∧ (𝑓𝑈𝑞𝑈)) → (((𝐹𝑎) = (𝐹𝑓) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞))))
39383impa 1109 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑎𝑈𝑏𝑈) ∧ (𝑓𝑈𝑞𝑈)) → (((𝐹𝑎) = (𝐹𝑓) ∧ (𝐹𝑏) = (𝐹𝑞)) → (𝐹‘(𝑎(+g𝑃)𝑏)) = (𝐹‘(𝑓(+g𝑃)𝑞))))
4011ply1ring 22139 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
415, 40syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑃 ∈ Ring)
4241ringgrpd 20158 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑃 ∈ Grp)
4342grpmndd 18885 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑃 ∈ Mnd)
44 r1pquslmic.0 . . . . . . . . . . 11 0 = (0g𝑃)
451, 3, 4, 18, 39, 43, 44imasmnd 18709 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝐹s 𝑃) ∈ Mnd ∧ (𝐹0 ) = (0g‘(𝐹s 𝑃))))
4645simprd 495 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐹0 ) = (0g‘(𝐹s 𝑃)))
47 oveq1 7397 . . . . . . . . . . 11 (𝑓 = 0 → (𝑓𝐸𝑀) = ( 0 𝐸𝑀))
4811, 2, 12, 10, 5, 8, 44r1p0 33578 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ( 0 𝐸𝑀) = 0 )
4947, 48sylan9eqr 2787 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑓 = 0 ) → (𝑓𝐸𝑀) = 0 )
502, 44ring0cl 20183 . . . . . . . . . . 11 (𝑃 ∈ Ring → 0𝑈)
5141, 50syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑0𝑈)
5215, 49, 51, 51fvmptd2 6979 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐹0 ) = 0 )
5346, 52eqtr3d 2767 . . . . . . . 8 (𝜑 → (0g‘(𝐹s 𝑃)) = 0 )
5453sneqd 4604 . . . . . . 7 (𝜑 → {(0g‘(𝐹s 𝑃))} = { 0 })
5554imaeq2d 6034 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}) = (𝐹 “ { 0 }))
56 r1pquslmic.k . . . . . 6 𝐾 = (𝐹 “ { 0 })
5755, 56eqtr4di 2783 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}) = 𝐾)
5857oveq2d 7406 . . . 4 (𝜑 → (𝑃 ~QG (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))})) = (𝑃 ~QG 𝐾))
5958oveq2d 7406 . . 3 (𝜑 → (𝑃 /s (𝑃 ~QG (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}))) = (𝑃 /s (𝑃 ~QG 𝐾)))
60 r1pquslmic.q . . 3 𝑄 = (𝑃 /s (𝑃 ~QG 𝐾))
6159, 60eqtr4di 2783 . 2 (𝜑 → (𝑃 /s (𝑃 ~QG (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}))) = 𝑄)
62 eqid 2730 . . 3 (0g‘(𝐹s 𝑃)) = (0g‘(𝐹s 𝑃))
63 eqid 2730 . . 3 (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}) = (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))})
64 eqid 2730 . . 3 (𝑃 /s (𝑃 ~QG (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}))) = (𝑃 /s (𝑃 ~QG (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))})))
6516ffnd 6692 . . . . 5 (𝜑𝐹 Fn 𝑈)
66 fnima 6651 . . . . 5 (𝐹 Fn 𝑈 → (𝐹𝑈) = ran 𝐹)
6765, 66syl 17 . . . 4 (𝜑 → (𝐹𝑈) = ran 𝐹)
6811fvexi 6875 . . . . . 6 𝑃 ∈ V
6968a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝑃 ∈ V)
701, 3, 18, 69imasbas 17482 . . . 4 (𝜑 → (𝐹𝑈) = (Base‘(𝐹s 𝑃)))
7167, 70eqtr3d 2767 . . 3 (𝜑 → ran 𝐹 = (Base‘(𝐹s 𝑃)))
7262, 23, 63, 64, 71lmicqusker 33396 . 2 (𝜑 → (𝑃 /s (𝑃 ~QG (𝐹 “ {(0g‘(𝐹s 𝑃))}))) ≃𝑚 (𝐹s 𝑃))
7361, 72eqbrtrrd 5134 1 (𝜑𝑄𝑚 (𝐹s 𝑃))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1540  wcel 2109  Vcvv 3450  {csn 4592   class class class wbr 5110  cmpt 5191  ccnv 5640  ran crn 5642  cima 5644   Fn wfn 6509  wf 6510  ontowfo 6512  cfv 6514  (class class class)co 7390  Basecbs 17186  +gcplusg 17227  0gc0g 17409  s cimas 17474   /s cqus 17475  Mndcmnd 18668   ~QG cqg 19061   GrpHom cghm 19151  Ringcrg 20149  𝑚 clmic 20935  Poly1cpl1 22068  Unic1pcuc1p 26039  rem1pcr1p 26041
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2702  ax-rep 5237  ax-sep 5254  ax-nul 5264  ax-pow 5323  ax-pr 5390  ax-un 7714  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153  ax-addf 11154
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2709  df-cleq 2722  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2927  df-nel 3031  df-ral 3046  df-rex 3055  df-rmo 3356  df-reu 3357  df-rab 3409  df-v 3452  df-sbc 3757  df-csb 3866  df-dif 3920  df-un 3922  df-in 3924  df-ss 3934  df-pss 3937  df-nul 4300  df-if 4492  df-pw 4568  df-sn 4593  df-pr 4595  df-tp 4597  df-op 4599  df-uni 4875  df-int 4914  df-iun 4960  df-iin 4961  df-br 5111  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5536  df-eprel 5541  df-po 5549  df-so 5550  df-fr 5594  df-se 5595  df-we 5596  df-xp 5647  df-rel 5648  df-cnv 5649  df-co 5650  df-dm 5651  df-rn 5652  df-res 5653  df-ima 5654  df-pred 6277  df-ord 6338  df-on 6339  df-lim 6340  df-suc 6341  df-iota 6467  df-fun 6516  df-fn 6517  df-f 6518  df-f1 6519  df-fo 6520  df-f1o 6521  df-fv 6522  df-isom 6523  df-riota 7347  df-ov 7393  df-oprab 7394  df-mpo 7395  df-of 7656  df-ofr 7657  df-om 7846  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-supp 8143  df-tpos 8208  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8343  df-rdg 8381  df-1o 8437  df-2o 8438  df-er 8674  df-ec 8676  df-qs 8680  df-map 8804  df-pm 8805  df-ixp 8874  df-en 8922  df-dom 8923  df-sdom 8924  df-fin 8925  df-fsupp 9320  df-sup 9400  df-inf 9401  df-oi 9470  df-card 9899  df-pnf 11217  df-mnf 11218  df-xr 11219  df-ltxr 11220  df-le 11221  df-sub 11414  df-neg 11415  df-nn 12194  df-2 12256  df-3 12257  df-4 12258  df-5 12259  df-6 12260  df-7 12261  df-8 12262  df-9 12263  df-n0 12450  df-z 12537  df-dec 12657  df-uz 12801  df-fz 13476  df-fzo 13623  df-seq 13974  df-hash 14303  df-struct 17124  df-sets 17141  df-slot 17159  df-ndx 17171  df-base 17187  df-ress 17208  df-plusg 17240  df-mulr 17241  df-starv 17242  df-sca 17243  df-vsca 17244  df-ip 17245  df-tset 17246  df-ple 17247  df-ds 17249  df-unif 17250  df-hom 17251  df-cco 17252  df-0g 17411  df-gsum 17412  df-prds 17417  df-pws 17419  df-imas 17478  df-qus 17479  df-mre 17554  df-mrc 17555  df-acs 17557  df-mgm 18574  df-sgrp 18653  df-mnd 18669  df-mhm 18717  df-submnd 18718  df-grp 18875  df-minusg 18876  df-sbg 18877  df-mulg 19007  df-subg 19062  df-nsg 19063  df-eqg 19064  df-ghm 19152  df-gim 19198  df-cntz 19256  df-cmn 19719  df-abl 19720  df-mgp 20057  df-rng 20069  df-ur 20098  df-ring 20151  df-cring 20152  df-oppr 20253  df-dvdsr 20273  df-unit 20274  df-invr 20304  df-subrng 20462  df-subrg 20486  df-rlreg 20610  df-lmod 20775  df-lss 20845  df-lmhm 20936  df-lmim 20937  df-lmic 20938  df-cnfld 21272  df-psr 21825  df-mvr 21826  df-mpl 21827  df-opsr 21829  df-psr1 22071  df-vr1 22072  df-ply1 22073  df-coe1 22074  df-mdeg 25967  df-deg1 25968  df-uc1p 26044  df-q1p 26045  df-r1p 26046
This theorem is referenced by:  algextdeglem6  33719
  Copyright terms: Public domain W3C validator