Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  rtelextdg2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem rtelextdg2 33871
Description: If an element 𝑋 is a solution of a quadratic equation, then it is either in the base field, or the degree of its field extension is exactly 2. (Contributed by Thierry Arnoux, 22-Jun-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
rtelextdg2.1 𝐾 = (𝐸s 𝐹)
rtelextdg2.2 𝐿 = (𝐸s (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})))
rtelextdg2.3 0 = (0g𝐸)
rtelextdg2.4 𝑃 = (Poly1𝐾)
rtelextdg2.5 𝑉 = (Base‘𝐸)
rtelextdg2.6 · = (.r𝐸)
rtelextdg2.7 + = (+g𝐸)
rtelextdg2.8 = (.g‘(mulGrp‘𝐸))
rtelextdg2.9 (𝜑𝐸 ∈ Field)
rtelextdg2.10 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
rtelextdg2.11 (𝜑𝑋𝑉)
rtelextdg2.12 (𝜑𝐴𝐹)
rtelextdg2.13 (𝜑𝐵𝐹)
rtelextdg2.14 (𝜑 → ((2 𝑋) + ((𝐴 · 𝑋) + 𝐵)) = 0 )
Assertion
Ref Expression
rtelextdg2 (𝜑 → (𝑋𝐹 ∨ (𝐿[:]𝐾) = 2))

Proof of Theorem rtelextdg2
StepHypRef Expression
1 rtelextdg2.5 . . . . . 6 𝑉 = (Base‘𝐸)
2 rtelextdg2.9 . . . . . . 7 (𝜑𝐸 ∈ Field)
32flddrngd 20718 . . . . . 6 (𝜑𝐸 ∈ DivRing)
4 rtelextdg2.10 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
51sdrgss 20770 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸) → 𝐹𝑉)
64, 5syl 17 . . . . . . 7 (𝜑𝐹𝑉)
7 rtelextdg2.11 . . . . . . . 8 (𝜑𝑋𝑉)
87snssd 4730 . . . . . . 7 (𝜑 → {𝑋} ⊆ 𝑉)
96, 8unssd 4132 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝑋}) ⊆ 𝑉)
101, 3, 9fldgenssid 33374 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝑋}) ⊆ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})))
11 ssun2 4119 . . . . . 6 {𝑋} ⊆ (𝐹 ∪ {𝑋})
12 snidg 4604 . . . . . . 7 (𝑋𝑉𝑋 ∈ {𝑋})
137, 12syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝑋 ∈ {𝑋})
1411, 13sselid 3919 . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ (𝐹 ∪ {𝑋}))
1510, 14sseldd 3922 . . . 4 (𝜑𝑋 ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})))
1615adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝑋 ∈ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})))
17 rtelextdg2.1 . . . . . . 7 𝐾 = (𝐸s 𝐹)
18 rtelextdg2.2 . . . . . . 7 𝐿 = (𝐸s (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})))
191, 17, 18, 2, 4, 8fldgenfldext 33812 . . . . . 6 (𝜑𝐿/FldExt𝐾)
20 extdg1id 33810 . . . . . 6 ((𝐿/FldExt𝐾 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝐿 = 𝐾)
2119, 20sylan 581 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝐿 = 𝐾)
2221fveq2d 6844 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → (Base‘𝐿) = (Base‘𝐾))
231, 3, 9fldgenssv 33376 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) ⊆ 𝑉)
2418, 1ressbas2 17208 . . . . . 6 ((𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) ⊆ 𝑉 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) = (Base‘𝐿))
2523, 24syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) = (Base‘𝐿))
2625adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) = (Base‘𝐿))
2717, 1ressbas2 17208 . . . . . 6 (𝐹𝑉𝐹 = (Base‘𝐾))
286, 27syl 17 . . . . 5 (𝜑𝐹 = (Base‘𝐾))
2928adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝐹 = (Base‘𝐾))
3022, 26, 293eqtr4d 2781 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) = 𝐹)
3116, 30eleqtrd 2838 . 2 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝑋𝐹)
32 simpr 484 . 2 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 2) → (𝐿[:]𝐾) = 2)
33 1zzd 12558 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
34 2z 12559 . . . . . 6 2 ∈ ℤ
3534a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → 2 ∈ ℤ)
36 extdgcl 33800 . . . . . . . 8 (𝐿/FldExt𝐾 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0*)
3719, 36syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0*)
38 2nn0 12454 . . . . . . . 8 2 ∈ ℕ0
3938a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → 2 ∈ ℕ0)
40 rtelextdg2.3 . . . . . . . 8 0 = (0g𝐸)
41 rtelextdg2.4 . . . . . . . 8 𝑃 = (Poly1𝐾)
42 rtelextdg2.6 . . . . . . . 8 · = (.r𝐸)
43 rtelextdg2.7 . . . . . . . 8 + = (+g𝐸)
44 rtelextdg2.8 . . . . . . . 8 = (.g‘(mulGrp‘𝐸))
45 rtelextdg2.12 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴𝐹)
46 rtelextdg2.13 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵𝐹)
47 rtelextdg2.14 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((2 𝑋) + ((𝐴 · 𝑋) + 𝐵)) = 0 )
48 eqid 2736 . . . . . . . 8 (var1𝐾) = (var1𝐾)
49 eqid 2736 . . . . . . . 8 (+g𝑃) = (+g𝑃)
50 eqid 2736 . . . . . . . 8 (.r𝑃) = (.r𝑃)
51 eqid 2736 . . . . . . . 8 (.g‘(mulGrp‘𝑃)) = (.g‘(mulGrp‘𝑃))
52 eqid 2736 . . . . . . . 8 (algSc‘𝑃) = (algSc‘𝑃)
53 eqid 2736 . . . . . . . 8 ((2(.g‘(mulGrp‘𝑃))(var1𝐾))(+g𝑃)((((algSc‘𝑃)‘𝐴)(.r𝑃)(var1𝐾))(+g𝑃)((algSc‘𝑃)‘𝐵))) = ((2(.g‘(mulGrp‘𝑃))(var1𝐾))(+g𝑃)((((algSc‘𝑃)‘𝐴)(.r𝑃)(var1𝐾))(+g𝑃)((algSc‘𝑃)‘𝐵)))
5417, 18, 40, 41, 1, 42, 43, 44, 2, 4, 7, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53rtelextdg2lem 33870 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ≤ 2)
55 xnn0lenn0nn0 13197 . . . . . . 7 (((𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0* ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ (𝐿[:]𝐾) ≤ 2) → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0)
5637, 39, 54, 55syl3anc 1374 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0)
5756nn0zd 12549 . . . . 5 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℤ)
58 extdggt0 33801 . . . . . . 7 (𝐿/FldExt𝐾 → 0 < (𝐿[:]𝐾))
5919, 58syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → 0 < (𝐿[:]𝐾))
60 zgt0ge1 12583 . . . . . . 7 ((𝐿[:]𝐾) ∈ ℤ → (0 < (𝐿[:]𝐾) ↔ 1 ≤ (𝐿[:]𝐾)))
6160biimpa 476 . . . . . 6 (((𝐿[:]𝐾) ∈ ℤ ∧ 0 < (𝐿[:]𝐾)) → 1 ≤ (𝐿[:]𝐾))
6257, 59, 61syl2anc 585 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≤ (𝐿[:]𝐾))
6333, 35, 57, 62, 54elfzd 13469 . . . 4 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ (1...2))
64 fz12pr 13535 . . . 4 (1...2) = {1, 2}
6563, 64eleqtrdi 2846 . . 3 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ {1, 2})
66 elpri 4591 . . 3 ((𝐿[:]𝐾) ∈ {1, 2} → ((𝐿[:]𝐾) = 1 ∨ (𝐿[:]𝐾) = 2))
6765, 66syl 17 . 2 (𝜑 → ((𝐿[:]𝐾) = 1 ∨ (𝐿[:]𝐾) = 2))
6831, 32, 67orim12da 32527 1 (𝜑 → (𝑋𝐹 ∨ (𝐿[:]𝐾) = 2))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395  wo 848   = wceq 1542  wcel 2114  cun 3887  wss 3889  {csn 4567  {cpr 4569   class class class wbr 5085  cfv 6498  (class class class)co 7367  0cc0 11038  1c1 11039   < clt 11179  cle 11180  2c2 12236  0cn0 12437  0*cxnn0 12510  cz 12524  ...cfz 13461  Basecbs 17179  s cress 17200  +gcplusg 17220  .rcmulr 17221  0gc0g 17402  .gcmg 19043  mulGrpcmgp 20121  Fieldcfield 20707  SubDRingcsdrg 20763  algSccascl 21832  var1cv1 22139  Poly1cpl1 22140   fldGen cfldgen 33371  /FldExtcfldext 33782  [:]cextdg 33784
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-reg 9507  ax-inf2 9562  ax-ac2 10385  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116  ax-addf 11117
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  df-iin 4936  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-se 5585  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-isom 6507  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-of 7631  df-ofr 7632  df-rpss 7677  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-supp 8111  df-tpos 8176  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-2o 8406  df-oadd 8409  df-er 8643  df-ec 8645  df-qs 8649  df-map 8775  df-pm 8776  df-ixp 8846  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-fsupp 9275  df-sup 9355  df-inf 9356  df-oi 9425  df-r1 9688  df-rank 9689  df-dju 9825  df-card 9863  df-acn 9866  df-ac 10038  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-4 12246  df-5 12247  df-6 12248  df-7 12249  df-8 12250  df-9 12251  df-n0 12438  df-xnn0 12511  df-z 12525  df-dec 12645  df-uz 12789  df-ico 13304  df-fz 13462  df-fzo 13609  df-seq 13964  df-hash 14293  df-struct 17117  df-sets 17134  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-ress 17201  df-plusg 17233  df-mulr 17234  df-starv 17235  df-sca 17236  df-vsca 17237  df-ip 17238  df-tset 17239  df-ple 17240  df-ocomp 17241  df-ds 17242  df-unif 17243  df-hom 17244  df-cco 17245  df-0g 17404  df-gsum 17405  df-prds 17410  df-pws 17412  df-imas 17472  df-qus 17473  df-mre 17548  df-mrc 17549  df-mri 17550  df-acs 17551  df-proset 18260  df-drs 18261  df-poset 18279  df-ipo 18494  df-mgm 18608  df-sgrp 18687  df-mnd 18703  df-mhm 18751  df-submnd 18752  df-grp 18912  df-minusg 18913  df-sbg 18914  df-mulg 19044  df-subg 19099  df-nsg 19100  df-eqg 19101  df-ghm 19188  df-gim 19234  df-cntz 19292  df-oppg 19321  df-lsm 19611  df-cmn 19757  df-abl 19758  df-mgp 20122  df-rng 20134  df-ur 20163  df-srg 20168  df-ring 20216  df-cring 20217  df-oppr 20317  df-dvdsr 20337  df-unit 20338  df-irred 20339  df-invr 20368  df-dvr 20381  df-rhm 20452  df-nzr 20490  df-subrng 20523  df-subrg 20547  df-rlreg 20671  df-domn 20672  df-idom 20673  df-drng 20708  df-field 20709  df-sdrg 20764  df-lmod 20857  df-lss 20927  df-lsp 20967  df-lmhm 21017  df-lmim 21018  df-lmic 21019  df-lbs 21070  df-lvec 21098  df-sra 21168  df-rgmod 21169  df-lidl 21206  df-rsp 21207  df-2idl 21248  df-lpidl 21320  df-lpir 21321  df-pid 21335  df-cnfld 21353  df-dsmm 21712  df-frlm 21727  df-uvc 21763  df-lindf 21786  df-linds 21787  df-assa 21833  df-asp 21834  df-ascl 21835  df-psr 21889  df-mvr 21890  df-mpl 21891  df-opsr 21893  df-evls 22052  df-evl 22053  df-psr1 22143  df-vr1 22144  df-ply1 22145  df-coe1 22146  df-evls1 22280  df-evl1 22281  df-mdeg 26020  df-deg1 26021  df-mon1 26096  df-uc1p 26097  df-q1p 26098  df-r1p 26099  df-ig1p 26100  df-fldgen 33372  df-mxidl 33520  df-dim 33744  df-fldext 33785  df-extdg 33786  df-irng 33828  df-minply 33844
This theorem is referenced by:  constrelextdg2  33891
  Copyright terms: Public domain W3C validator