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Theorem eq0rabdioph 30342
Description: This is the first of a number of theorems which allow sets to be proven Diophantine by syntactic induction, and models the correspondence between Diophantine sets and monotone existential first-order logic. This first theorem shows that the zero set of an implicit polynomial is Diophantine. (Contributed by Stefan O'Rear, 10-Oct-2014.)
Assertion
Ref Expression
eq0rabdioph  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  |  A  =  0 }  e.  (Dioph `  N ) )
Distinct variable group:    t, N
Allowed substitution hint:    A( t)

Proof of Theorem eq0rabdioph
Dummy variables  a 
b are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nfv 1683 . . . . . . . 8  |-  F/ t  N  e.  NN0
2 nfmpt1 4536 . . . . . . . . 9  |-  F/_ t
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )
32nfel1 2645 . . . . . . . 8  |-  F/ t ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) )
41, 3nfan 1875 . . . . . . 7  |-  F/ t ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )
5 zex 10873 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ZZ  e.  _V
6 nn0ssz 10885 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  NN0  C_  ZZ
7 mapss 7461 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ZZ  e.  _V  /\  NN0  C_  ZZ )  ->  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  C_  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) )
85, 6, 7mp2an 672 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( NN0 
^m  ( 1 ... N ) )  C_  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) )
98sseli 3500 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  ->  t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) )
109adantl 466 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  /\  t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) )  -> 
t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) ) )
11 mzpf 30300 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) )  ->  (
t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A ) : ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) ) --> ZZ )
12 mptfcl 30284 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A ) : ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) ) --> ZZ 
->  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) )  ->  A  e.  ZZ ) )
1312imp 429 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) : ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) --> ZZ  /\  t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) )  ->  A  e.  ZZ )
1411, 9, 13syl2an 477 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) )  /\  t  e.  ( NN0  ^m  (
1 ... N ) ) )  ->  A  e.  ZZ )
1514adantll 713 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  /\  t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) )  ->  A  e.  ZZ )
16 eqid 2467 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A )  =  ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A )
1716fvmpt2 5957 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  /\  A  e.  ZZ )  ->  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  A )
1810, 15, 17syl2anc 661 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  /\  t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) )  -> 
( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  A )
1918eqcomd 2475 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  /\  t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) )  ->  A  =  ( (
t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A ) `  t ) )
2019eqeq1d 2469 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  /\  t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) )  -> 
( A  =  0  <-> 
( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0 ) )
2120ex 434 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  -> 
( t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  ->  ( A  =  0  <->  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 t )  =  0 ) ) )
224, 21ralrimi 2864 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  A. t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) ) ( A  =  0  <->  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0 ) )
23 rabbi 3040 . . . . . 6  |-  ( A. t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) ( A  =  0  <->  ( (
t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A ) `  t )  =  0 )  <->  { t  e.  ( NN0  ^m  (
1 ... N ) )  |  A  =  0 }  =  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  |  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0 } )
2422, 23sylib 196 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  |  A  =  0 }  =  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  |  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0 } )
25 nfcv 2629 . . . . . 6  |-  F/_ t
( NN0  ^m  (
1 ... N ) )
26 nfcv 2629 . . . . . 6  |-  F/_ a
( NN0  ^m  (
1 ... N ) )
27 nfv 1683 . . . . . 6  |-  F/ a ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0
28 nffvmpt1 5874 . . . . . . 7  |-  F/_ t
( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)
2928nfeq1 2644 . . . . . 6  |-  F/ t ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)  =  0
30 fveq2 5866 . . . . . . 7  |-  ( t  =  a  ->  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  ( ( t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A ) `  a ) )
3130eqeq1d 2469 . . . . . 6  |-  ( t  =  a  ->  (
( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0  <->  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)  =  0 ) )
3225, 26, 27, 29, 31cbvrab 3111 . . . . 5  |-  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  |  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  t
)  =  0 }  =  { a  e.  ( NN0  ^m  (
1 ... N ) )  |  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 a )  =  0 }
3324, 32syl6eq 2524 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  |  A  =  0 }  =  { a  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  |  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)  =  0 } )
34 df-rab 2823 . . . 4  |-  { a  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  |  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)  =  0 }  =  { a  |  ( a  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 a )  =  0 ) }
3533, 34syl6eq 2524 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  |  A  =  0 }  =  { a  |  ( a  e.  ( NN0  ^m  (
1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 a )  =  0 ) } )
36 elmapi 7440 . . . . . . . . . 10  |-  ( b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  ->  b : ( 1 ... N ) --> NN0 )
37 ffn 5731 . . . . . . . . . 10  |-  ( b : ( 1 ... N ) --> NN0  ->  b  Fn  ( 1 ... N ) )
38 fnresdm 5690 . . . . . . . . . 10  |-  ( b  Fn  ( 1 ... N )  ->  (
b  |`  ( 1 ... N ) )  =  b )
3936, 37, 383syl 20 . . . . . . . . 9  |-  ( b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  ->  (
b  |`  ( 1 ... N ) )  =  b )
4039eqeq2d 2481 . . . . . . . 8  |-  ( b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  ->  (
a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  <->  a  =  b ) )
41 equcom 1743 . . . . . . . 8  |-  ( a  =  b  <->  b  =  a )
4240, 41syl6bb 261 . . . . . . 7  |-  ( b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  ->  (
a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  <->  b  =  a ) )
4342anbi1d 704 . . . . . 6  |-  ( b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) )  ->  (
( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 b )  =  0 )  <->  ( b  =  a  /\  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 ) ) )
4443rexbiia 2964 . . . . 5  |-  ( E. b  e.  ( NN0 
^m  ( 1 ... N ) ) ( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  /\  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 )  <->  E. b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) ) ( b  =  a  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 ) )
45 fveq2 5866 . . . . . . 7  |-  ( b  =  a  ->  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  ( ( t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A ) `  a ) )
4645eqeq1d 2469 . . . . . 6  |-  ( b  =  a  ->  (
( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0  <->  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)  =  0 ) )
4746ceqsrexbv 3238 . . . . 5  |-  ( E. b  e.  ( NN0 
^m  ( 1 ... N ) ) ( b  =  a  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 )  <-> 
( a  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 a )  =  0 ) )
4844, 47bitr2i 250 . . . 4  |-  ( ( a  e.  ( NN0 
^m  ( 1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  (
1 ... N ) ) 
|->  A ) `  a
)  =  0 )  <->  E. b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) ) ( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  /\  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 ) )
4948abbii 2601 . . 3  |-  { a  |  ( a  e.  ( NN0  ^m  (
1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 a )  =  0 ) }  =  { a  |  E. b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) ( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  /\  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 ) }
5035, 49syl6eq 2524 . 2  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  |  A  =  0 }  =  { a  |  E. b  e.  ( NN0  ^m  (
1 ... N ) ) ( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N ) )  /\  ( ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N
) )  |->  A ) `
 b )  =  0 ) } )
51 simpl 457 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  N  e.  NN0 )
52 nn0z 10887 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  N  e.  ZZ )
53 uzid 11096 . . . . 5  |-  ( N  e.  ZZ  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N )
)
5452, 53syl 16 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N )
)
5554adantr 465 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N ) )
56 simpr 461 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  -> 
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )
57 eldioph 30323 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  N  e.  ( ZZ>= `  N )  /\  (
t  e.  ( ZZ 
^m  ( 1 ... N ) )  |->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { a  |  E. b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) ( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  /\  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 ) }  e.  (Dioph `  N ) )
5851, 55, 56, 57syl3anc 1228 . 2  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { a  |  E. b  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N
) ) ( a  =  ( b  |`  ( 1 ... N
) )  /\  (
( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A ) `  b
)  =  0 ) }  e.  (Dioph `  N ) )
5950, 58eqeltrd 2555 1  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  ( t  e.  ( ZZ  ^m  ( 1 ... N ) ) 
|->  A )  e.  (mzPoly `  ( 1 ... N
) ) )  ->  { t  e.  ( NN0  ^m  ( 1 ... N ) )  |  A  =  0 }  e.  (Dioph `  N ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1379    e. wcel 1767   {cab 2452   A.wral 2814   E.wrex 2815   {crab 2818   _Vcvv 3113    C_ wss 3476    |-> cmpt 4505    |` cres 5001    Fn wfn 5583   -->wf 5584   ` cfv 5588  (class class class)co 6284    ^m cmap 7420   0cc0 9492   1c1 9493   NN0cn0 10795   ZZcz 10864   ZZ>=cuz 11082   ...cfz 11672  mzPolycmzp 30286  Diophcdioph 30320
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-rep 4558  ax-sep 4568  ax-nul 4576  ax-pow 4625  ax-pr 4686  ax-un 6576  ax-cnex 9548  ax-resscn 9549  ax-1cn 9550  ax-icn 9551  ax-addcl 9552  ax-addrcl 9553  ax-mulcl 9554  ax-mulrcl 9555  ax-mulcom 9556  ax-addass 9557  ax-mulass 9558  ax-distr 9559  ax-i2m1 9560  ax-1ne0 9561  ax-1rid 9562  ax-rnegex 9563  ax-rrecex 9564  ax-cnre 9565  ax-pre-lttri 9566  ax-pre-lttrn 9567  ax-pre-ltadd 9568  ax-pre-mulgt0 9569
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1382  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-nel 2665  df-ral 2819  df-rex 2820  df-reu 2821  df-rab 2823  df-v 3115  df-sbc 3332  df-csb 3436  df-dif 3479  df-un 3481  df-in 3483  df-ss 3490  df-pss 3492  df-nul 3786  df-if 3940  df-pw 4012  df-sn 4028  df-pr 4030  df-tp 4032  df-op 4034  df-uni 4246  df-int 4283  df-iun 4327  df-br 4448  df-opab 4506  df-mpt 4507  df-tr 4541  df-eprel 4791  df-id 4795  df-po 4800  df-so 4801  df-fr 4838  df-we 4840  df-ord 4881  df-on 4882  df-lim 4883  df-suc 4884  df-xp 5005  df-rel 5006  df-cnv 5007  df-co 5008  df-dm 5009  df-rn 5010  df-res 5011  df-ima 5012  df-iota 5551  df-fun 5590  df-fn 5591  df-f 5592  df-f1 5593  df-fo 5594  df-f1o 5595  df-fv 5596  df-riota 6245  df-ov 6287  df-oprab 6288  df-mpt2 6289  df-of 6524  df-om 6685  df-1st 6784  df-2nd 6785  df-recs 7042  df-rdg 7076  df-er 7311  df-map 7422  df-en 7517  df-dom 7518  df-sdom 7519  df-pnf 9630  df-mnf 9631  df-xr 9632  df-ltxr 9633  df-le 9634  df-sub 9807  df-neg 9808  df-nn 10537  df-n0 10796  df-z 10865  df-uz 11083  df-fz 11673  df-mzpcl 30287  df-mzp 30288  df-dioph 30321
This theorem is referenced by:  eqrabdioph  30343  0dioph  30344  vdioph  30345  rmydioph  30588  expdioph  30597
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