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 33733
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 20758 . . . . . 6 (𝜑𝐸 ∈ DivRing)
4 rtelextdg2.10 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸))
51sdrgss 20811 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (SubDRing‘𝐸) → 𝐹𝑉)
64, 5syl 17 . . . . . . 7 (𝜑𝐹𝑉)
7 rtelextdg2.11 . . . . . . . 8 (𝜑𝑋𝑉)
87snssd 4814 . . . . . . 7 (𝜑 → {𝑋} ⊆ 𝑉)
96, 8unssd 4202 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝑋}) ⊆ 𝑉)
101, 3, 9fldgenssid 33295 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹 ∪ {𝑋}) ⊆ (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})))
11 ssun2 4189 . . . . . 6 {𝑋} ⊆ (𝐹 ∪ {𝑋})
12 snidg 4665 . . . . . . 7 (𝑋𝑉𝑋 ∈ {𝑋})
137, 12syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝑋 ∈ {𝑋})
1411, 13sselid 3993 . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ (𝐹 ∪ {𝑋}))
1510, 14sseldd 3996 . . . 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 33693 . . . . . 6 (𝜑𝐿/FldExt𝐾)
20 extdg1id 33691 . . . . . 6 ((𝐿/FldExt𝐾 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝐿 = 𝐾)
2119, 20sylan 580 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝐿 = 𝐾)
2221fveq2d 6911 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → (Base‘𝐿) = (Base‘𝐾))
231, 3, 9fldgenssv 33297 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) ⊆ 𝑉)
2418, 1ressbas2 17283 . . . . . 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 17283 . . . . . 6 (𝐹𝑉𝐹 = (Base‘𝐾))
286, 27syl 17 . . . . 5 (𝜑𝐹 = (Base‘𝐾))
2928adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝐹 = (Base‘𝐾))
3022, 26, 293eqtr4d 2785 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → (𝐸 fldGen (𝐹 ∪ {𝑋})) = 𝐹)
3116, 30eleqtrd 2841 . 2 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 1) → 𝑋𝐹)
32 simpr 484 . 2 ((𝜑 ∧ (𝐿[:]𝐾) = 2) → (𝐿[:]𝐾) = 2)
33 1zzd 12646 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
34 2z 12647 . . . . . 6 2 ∈ ℤ
3534a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → 2 ∈ ℤ)
36 extdgcl 33684 . . . . . . . 8 (𝐿/FldExt𝐾 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0*)
3719, 36syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0*)
38 2nn0 12541 . . . . . . . 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 2735 . . . . . . . 8 (var1𝐾) = (var1𝐾)
49 eqid 2735 . . . . . . . 8 (+g𝑃) = (+g𝑃)
50 eqid 2735 . . . . . . . 8 (.r𝑃) = (.r𝑃)
51 eqid 2735 . . . . . . . 8 (.g‘(mulGrp‘𝑃)) = (.g‘(mulGrp‘𝑃))
52 eqid 2735 . . . . . . . 8 (algSc‘𝑃) = (algSc‘𝑃)
53 eqid 2735 . . . . . . . 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 33732 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ≤ 2)
55 xnn0lenn0nn0 13284 . . . . . . 7 (((𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0* ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ (𝐿[:]𝐾) ≤ 2) → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0)
5637, 39, 54, 55syl3anc 1370 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℕ0)
5756nn0zd 12637 . . . . 5 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ ℤ)
58 extdggt0 33685 . . . . . . 7 (𝐿/FldExt𝐾 → 0 < (𝐿[:]𝐾))
5919, 58syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → 0 < (𝐿[:]𝐾))
60 zgt0ge1 12670 . . . . . . 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 584 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≤ (𝐿[:]𝐾))
6333, 35, 57, 62, 54elfzd 13552 . . . 4 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ (1...2))
64 fz12pr 13618 . . . 4 (1...2) = {1, 2}
6563, 64eleqtrdi 2849 . . 3 (𝜑 → (𝐿[:]𝐾) ∈ {1, 2})
66 elpri 4654 . . 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 32487 1 (𝜑 → (𝑋𝐹 ∨ (𝐿[:]𝐾) = 2))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395  wo 847   = wceq 1537  wcel 2106  cun 3961  wss 3963  {csn 4631  {cpr 4633   class class class wbr 5148  cfv 6563  (class class class)co 7431  0cc0 11153  1c1 11154   < clt 11293  cle 11294  2c2 12319  0cn0 12524  0*cxnn0 12597  cz 12611  ...cfz 13544  Basecbs 17245  s cress 17274  +gcplusg 17298  .rcmulr 17299  0gc0g 17486  .gcmg 19098  mulGrpcmgp 20152  Fieldcfield 20747  SubDRingcsdrg 20804  algSccascl 21890  var1cv1 22193  Poly1cpl1 22194   fldGen cfldgen 33292  /FldExtcfldext 33666  [:]cextdg 33669
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5285  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-reg 9630  ax-inf2 9679  ax-ac2 10501  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230  ax-pre-sup 11231  ax-addf 11232
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-tp 4636  df-op 4638  df-uni 4913  df-int 4952  df-iun 4998  df-iin 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-se 5642  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-isom 6572  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-of 7697  df-ofr 7698  df-rpss 7742  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-supp 8185  df-tpos 8250  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8505  df-2o 8506  df-oadd 8509  df-er 8744  df-ec 8746  df-qs 8750  df-map 8867  df-pm 8868  df-ixp 8937  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  df-fsupp 9400  df-sup 9480  df-inf 9481  df-oi 9548  df-r1 9802  df-rank 9803  df-dju 9939  df-card 9977  df-acn 9980  df-ac 10154  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-nn 12265  df-2 12327  df-3 12328  df-4 12329  df-5 12330  df-6 12331  df-7 12332  df-8 12333  df-9 12334  df-n0 12525  df-xnn0 12598  df-z 12612  df-dec 12732  df-uz 12877  df-ico 13390  df-fz 13545  df-fzo 13692  df-seq 14040  df-hash 14367  df-struct 17181  df-sets 17198  df-slot 17216  df-ndx 17228  df-base 17246  df-ress 17275  df-plusg 17311  df-mulr 17312  df-starv 17313  df-sca 17314  df-vsca 17315  df-ip 17316  df-tset 17317  df-ple 17318  df-ocomp 17319  df-ds 17320  df-unif 17321  df-hom 17322  df-cco 17323  df-0g 17488  df-gsum 17489  df-prds 17494  df-pws 17496  df-imas 17555  df-qus 17556  df-mre 17631  df-mrc 17632  df-mri 17633  df-acs 17634  df-proset 18352  df-drs 18353  df-poset 18371  df-ipo 18586  df-mgm 18666  df-sgrp 18745  df-mnd 18761  df-mhm 18809  df-submnd 18810  df-grp 18967  df-minusg 18968  df-sbg 18969  df-mulg 19099  df-subg 19154  df-nsg 19155  df-eqg 19156  df-ghm 19244  df-gim 19290  df-cntz 19348  df-oppg 19377  df-lsm 19669  df-cmn 19815  df-abl 19816  df-mgp 20153  df-rng 20171  df-ur 20200  df-srg 20205  df-ring 20253  df-cring 20254  df-oppr 20351  df-dvdsr 20374  df-unit 20375  df-irred 20376  df-invr 20405  df-dvr 20418  df-rhm 20489  df-nzr 20530  df-subrng 20563  df-subrg 20587  df-rlreg 20711  df-domn 20712  df-idom 20713  df-drng 20748  df-field 20749  df-sdrg 20805  df-lmod 20877  df-lss 20948  df-lsp 20988  df-lmhm 21039  df-lmim 21040  df-lmic 21041  df-lbs 21092  df-lvec 21120  df-sra 21190  df-rgmod 21191  df-lidl 21236  df-rsp 21237  df-2idl 21278  df-lpidl 21350  df-lpir 21351  df-pid 21365  df-cnfld 21383  df-dsmm 21770  df-frlm 21785  df-uvc 21821  df-lindf 21844  df-linds 21845  df-assa 21891  df-asp 21892  df-ascl 21893  df-psr 21947  df-mvr 21948  df-mpl 21949  df-opsr 21951  df-evls 22116  df-evl 22117  df-psr1 22197  df-vr1 22198  df-ply1 22199  df-coe1 22200  df-evls1 22335  df-evl1 22336  df-mdeg 26109  df-deg1 26110  df-mon1 26185  df-uc1p 26186  df-q1p 26187  df-r1p 26188  df-ig1p 26189  df-fldgen 33293  df-mxidl 33468  df-dim 33627  df-fldext 33670  df-extdg 33671  df-irng 33699  df-minply 33708
This theorem is referenced by:  constrelextdg2  33752
  Copyright terms: Public domain W3C validator