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Formalizations.NumberTheory.NumberField.InvariantOrders.CyclicPrimeBezout

Galois-invariant monogenic orders in cyclic fields of prime degree: the algebraic core #

In any commutative ring R:

Main results #

References #

def Louboutin.QuinticBezout.phi5 {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
R

Φ₅(t).

Equations
Instances For
    def Louboutin.QuinticBezout.phi7 {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
    R

    Φ₇(t).

    Equations
    Instances For

      S1 Bézout certificates #

      theorem Louboutin.QuinticBezout.bezout5_plus {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
      (5 * t ^ 4 + 25 * t ^ 3 + 45 * t ^ 2 + 34 * t + 11) * phi5 t - (5 * t ^ 3 + 5 * t ^ 2 + 9) * ((t + 1) ^ 5 - 1) = 11
      theorem Louboutin.QuinticBezout.bezout5_minus {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
      (-5 * t ^ 4 - 25 * t ^ 3 - 45 * t ^ 2 - 32 * t - 3) * phi5 t + (5 * t ^ 3 + 5 * t ^ 2 + 7) * ((t + 1) ^ 5 + 1) = 11
      theorem Louboutin.QuinticBezout.bezout7_plus {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
      (28 * t ^ 6 + 175 * t ^ 5 + 441 * t ^ 4 + 560 * t ^ 3 + 364 * t ^ 2 + 124 * t + 58) * phi7 t - (28 * t ^ 5 + 7 * t ^ 4 + 7 * t ^ 3 + 28 * t ^ 2 + 26) * ((t + 1) ^ 7 - 1) = 58
      theorem Louboutin.QuinticBezout.bezout7_minus {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
      (-35 * t ^ 6 - 231 * t ^ 5 - 637 * t ^ 4 - 945 * t ^ 3 - 798 * t ^ 2 - 346 * t - 18) * phi7 t + (35 * t ^ 5 + 21 * t ^ 4 + 21 * t ^ 3 + 35 * t ^ 2 + 52) * ((t + 1) ^ 7 + 1) = 86

      S2 Ideal corollaries #

      theorem Louboutin.QuinticBezout.eleven_mem {R : Type u_1} [CommRing R] {I : Ideal R} {t ε : R} (hε : ε = 1 ∨ ε = -1) (hΦ : phi5 t ∈ I) (hN : (1 + t) ^ 5 - ε ∈ I) :
      11 ∈ I
      theorem Louboutin.QuinticBezout.fiftyeight_mem {R : Type u_1} [CommRing R] {I : Ideal R} {t : R} (hΦ : phi7 t ∈ I) (hN : (1 + t) ^ 7 - 1 ∈ I) :
      58 ∈ I
      theorem Louboutin.QuinticBezout.eightysix_mem {R : Type u_1} [CommRing R] {I : Ideal R} {t : R} (hΦ : phi7 t ∈ I) (hN : (1 + t) ^ 7 - -1 ∈ I) :
      86 ∈ I
      theorem Louboutin.QuinticBezout.septic_mem {R : Type u_1} [CommRing R] {I : Ideal R} {t ε : R} (hΦ : phi7 t ∈ I) (hN : (1 + t) ^ 7 - ε ∈ I) :
      (ε = 1 → 58 ∈ I) ∧ (ε = -1 → 86 ∈ I)

      S3 The congruence step (generic ℓ) #

      theorem Louboutin.QuinticBezout.iter_mul {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (j : ℕ) (x y : R) :
      (⇑σ)^[j] (x * y) = (⇑σ)^[j] x * (⇑σ)^[j] y
      theorem Louboutin.QuinticBezout.iter_sub {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (j : ℕ) (x y : R) :
      (⇑σ)^[j] (x - y) = (⇑σ)^[j] x - (⇑σ)^[j] y
      theorem Louboutin.QuinticBezout.iter_d {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (d t : R) (H1 : σ d = t * d) (j : ℕ) :
      (⇑σ)^[j] d = (∏ i ∈ Finset.range j, (⇑σ)^[i] t) * d

      σ^[j] d = (∏_{i<j} σ^[i] t) · d.

      theorem Louboutin.QuinticBezout.iter_mk {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (d : R) (H2 : ∀ (x : R), ∃ (y : R), σ x - x = d * y) (j : ℕ) (x : R) :

      σ is trivial mod (d), hence so are its iterates.

      theorem Louboutin.QuinticBezout.cyclotomic_mem {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (ℓ : ℕ) (α t : R) (hℓ : ∀ (x : R), (⇑σ)^[ℓ] x = x) (H1 : σ (σ α - α) = t * (σ α - α)) (H2 : ∀ (x : R), ∃ (y : R), σ x - x = (σ α - α) * y) (H3 : ∀ (z : R), (σ α - α) * z = 0 → z = 0) :
      ∑ j ∈ Finset.range ℓ, t ^ j ∈ Ideal.span {σ α - α}

      Main congruence step: Φ_ℓ(t) = Σ_{j<ℓ} t^j ∈ (d), d = σα − α.

      theorem Louboutin.QuinticBezout.norm_mem {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (ℓ : ℕ) (d t ε : R) (H2 : ∀ (x : R), ∃ (y : R), σ x - x = d * y) (H4 : ∏ j ∈ Finset.range ℓ, (⇑σ)^[j] (1 + t) = ε) :
      (1 + t) ^ ℓ - ε ∈ Ideal.span {d}

      Norm congruence: (1+t)^ℓ − ε ∈ (d).

      theorem Louboutin.QuinticBezout.phi5_eq {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
      phi5 t = ∑ j ∈ Finset.range 5, t ^ j
      theorem Louboutin.QuinticBezout.phi7_eq {R : Type u_1} [CommRing R] (t : R) :
      phi7 t = ∑ j ∈ Finset.range 7, t ^ j
      theorem Louboutin.QuinticBezout.quintic_eleven_mem {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (α t ε : R) (hε : ε = 1 ∨ ε = -1) (hℓ : ∀ (x : R), (⇑σ)^[5] x = x) (H1 : σ (σ α - α) = t * (σ α - α)) (H2 : ∀ (x : R), ∃ (y : R), σ x - x = (σ α - α) * y) (H3 : ∀ (z : R), (σ α - α) * z = 0 → z = 0) (H4 : ∏ j ∈ Finset.range 5, (⇑σ)^[j] (1 + t) = ε) :
      11 ∈ Ideal.span {σ α - α}

      ℓ = 5: 11 ∈ (σα − α).

      theorem Louboutin.QuinticBezout.septic_mem_span {R : Type u_1} [CommRing R] (σ : R →+* R) (α t ε : R) (hℓ : ∀ (x : R), (⇑σ)^[7] x = x) (H1 : σ (σ α - α) = t * (σ α - α)) (H2 : ∀ (x : R), ∃ (y : R), σ x - x = (σ α - α) * y) (H3 : ∀ (z : R), (σ α - α) * z = 0 → z = 0) (H4 : ∏ j ∈ Finset.range 7, (⇑σ)^[j] (1 + t) = ε) :
      (ε = 1 → 58 ∈ Ideal.span {σ α - α}) ∧ (ε = -1 → 86 ∈ Ideal.span {σ α - α})

      ℓ = 7: 58 ∈ (σα − α) if ε = 1, 86 ∈ (σα − α) if ε = −1.