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Theorem mamuass

Description: Matrix multiplication is associative, see also statement in Lang p. 505. (Contributed by Stefan O'Rear, 5-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses mamucl.b B = Base R
mamucl.r φ R Ring
mamuass.m φ M Fin
mamuass.n φ N Fin
mamuass.o φ O Fin
mamuass.p φ P Fin
mamuass.x φ X B M × N
mamuass.y φ Y B N × O
mamuass.z φ Z B O × P
mamuass.f F = R maMul M N O
mamuass.g G = R maMul M O P
mamuass.h H = R maMul M N P
mamuass.i I = R maMul N O P
Assertion mamuass φ X F Y G Z = X H Y I Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mamucl.b B = Base R
2 mamucl.r φ R Ring
3 mamuass.m φ M Fin
4 mamuass.n φ N Fin
5 mamuass.o φ O Fin
6 mamuass.p φ P Fin
7 mamuass.x φ X B M × N
8 mamuass.y φ Y B N × O
9 mamuass.z φ Z B O × P
10 mamuass.f F = R maMul M N O
11 mamuass.g G = R maMul M O P
12 mamuass.h H = R maMul M N P
13 mamuass.i I = R maMul N O P
14 ringcmn R Ring R CMnd
15 2 14 syl φ R CMnd
16 15 adantr φ i M k P R CMnd
17 5 adantr φ i M k P O Fin
18 4 adantr φ i M k P N Fin
19 2 ad2antrr φ i M k P j O l N R Ring
20 elmapi X B M × N X : M × N B
21 7 20 syl φ X : M × N B
22 21 ad2antrr φ i M k P l N X : M × N B
23 simplrl φ i M k P l N i M
24 simpr φ i M k P l N l N
25 22 23 24 fovrnd φ i M k P l N i X l B
26 25 adantrl φ i M k P j O l N i X l B
27 elmapi Y B N × O Y : N × O B
28 8 27 syl φ Y : N × O B
29 28 ad2antrr φ i M k P j O l N Y : N × O B
30 simprr φ i M k P j O l N l N
31 simprl φ i M k P j O l N j O
32 29 30 31 fovrnd φ i M k P j O l N l Y j B
33 elmapi Z B O × P Z : O × P B
34 9 33 syl φ Z : O × P B
35 34 ad2antrr φ i M k P j O Z : O × P B
36 simpr φ i M k P j O j O
37 simplrr φ i M k P j O k P
38 35 36 37 fovrnd φ i M k P j O j Z k B
39 38 adantrr φ i M k P j O l N j Z k B
40 eqid R = R
41 1 40 ringcl R Ring l Y j B j Z k B l Y j R j Z k B
42 19 32 39 41 syl3anc φ i M k P j O l N l Y j R j Z k B
43 1 40 ringcl R Ring i X l B l Y j R j Z k B i X l R l Y j R j Z k B
44 19 26 42 43 syl3anc φ i M k P j O l N i X l R l Y j R j Z k B
45 1 16 17 18 44 gsumcom3fi φ i M k P R j O R l N i X l R l Y j R j Z k = R l N R j O i X l R l Y j R j Z k
46 2 ad2antrr φ i M k P j O R Ring
47 3 ad2antrr φ i M k P j O M Fin
48 4 ad2antrr φ i M k P j O N Fin
49 5 ad2antrr φ i M k P j O O Fin
50 7 ad2antrr φ i M k P j O X B M × N
51 8 ad2antrr φ i M k P j O Y B N × O
52 simplrl φ i M k P j O i M
53 10 1 40 46 47 48 49 50 51 52 36 mamufv φ i M k P j O i X F Y j = R l N i X l R l Y j
54 53 oveq1d φ i M k P j O i X F Y j R j Z k = R l N i X l R l Y j R j Z k
55 eqid 0 R = 0 R
56 eqid + R = + R
57 1 40 ringcl R Ring i X l B l Y j B i X l R l Y j B
58 19 26 32 57 syl3anc φ i M k P j O l N i X l R l Y j B
59 58 anassrs φ i M k P j O l N i X l R l Y j B
60 eqid l N i X l R l Y j = l N i X l R l Y j
61 ovexd φ i M k P j O l N i X l R l Y j V
62 fvexd φ i M k P j O 0 R V
63 60 48 61 62 fsuppmptdm φ i M k P j O finSupp 0 R l N i X l R l Y j
64 1 55 56 40 46 48 38 59 63 gsummulc1 φ i M k P j O R l N i X l R l Y j R j Z k = R l N i X l R l Y j R j Z k
65 1 40 ringass R Ring i X l B l Y j B j Z k B i X l R l Y j R j Z k = i X l R l Y j R j Z k
66 19 26 32 39 65 syl13anc φ i M k P j O l N i X l R l Y j R j Z k = i X l R l Y j R j Z k
67 66 anassrs φ i M k P j O l N i X l R l Y j R j Z k = i X l R l Y j R j Z k
68 67 mpteq2dva φ i M k P j O l N i X l R l Y j R j Z k = l N i X l R l Y j R j Z k
69 68 oveq2d φ i M k P j O R l N i X l R l Y j R j Z k = R l N i X l R l Y j R j Z k
70 54 64 69 3eqtr2d φ i M k P j O i X F Y j R j Z k = R l N i X l R l Y j R j Z k
71 70 mpteq2dva φ i M k P j O i X F Y j R j Z k = j O R l N i X l R l Y j R j Z k
72 71 oveq2d φ i M k P R j O i X F Y j R j Z k = R j O R l N i X l R l Y j R j Z k
73 2 ad2antrr φ i M k P l N R Ring
74 4 ad2antrr φ i M k P l N N Fin
75 5 ad2antrr φ i M k P l N O Fin
76 6 ad2antrr φ i M k P l N P Fin
77 8 ad2antrr φ i M k P l N Y B N × O
78 9 ad2antrr φ i M k P l N Z B O × P
79 simplrr φ i M k P l N k P
80 13 1 40 73 74 75 76 77 78 24 79 mamufv φ i M k P l N l Y I Z k = R j O l Y j R j Z k
81 80 oveq2d φ i M k P l N i X l R l Y I Z k = i X l R R j O l Y j R j Z k
82 42 anass1rs φ i M k P l N j O l Y j R j Z k B
83 eqid j O l Y j R j Z k = j O l Y j R j Z k
84 ovexd φ i M k P l N j O l Y j R j Z k V
85 fvexd φ i M k P l N 0 R V
86 83 75 84 85 fsuppmptdm φ i M k P l N finSupp 0 R j O l Y j R j Z k
87 1 55 56 40 73 75 25 82 86 gsummulc2 φ i M k P l N R j O i X l R l Y j R j Z k = i X l R R j O l Y j R j Z k
88 81 87 eqtr4d φ i M k P l N i X l R l Y I Z k = R j O i X l R l Y j R j Z k
89 88 mpteq2dva φ i M k P l N i X l R l Y I Z k = l N R j O i X l R l Y j R j Z k
90 89 oveq2d φ i M k P R l N i X l R l Y I Z k = R l N R j O i X l R l Y j R j Z k
91 45 72 90 3eqtr4d φ i M k P R j O i X F Y j R j Z k = R l N i X l R l Y I Z k
92 2 adantr φ i M k P R Ring
93 3 adantr φ i M k P M Fin
94 6 adantr φ i M k P P Fin
95 1 2 10 3 4 5 7 8 mamucl φ X F Y B M × O
96 95 adantr φ i M k P X F Y B M × O
97 9 adantr φ i M k P Z B O × P
98 simprl φ i M k P i M
99 simprr φ i M k P k P
100 11 1 40 92 93 17 94 96 97 98 99 mamufv φ i M k P i X F Y G Z k = R j O i X F Y j R j Z k
101 7 adantr φ i M k P X B M × N
102 1 2 13 4 5 6 8 9 mamucl φ Y I Z B N × P
103 102 adantr φ i M k P Y I Z B N × P
104 12 1 40 92 93 18 94 101 103 98 99 mamufv φ i M k P i X H Y I Z k = R l N i X l R l Y I Z k
105 91 100 104 3eqtr4d φ i M k P i X F Y G Z k = i X H Y I Z k
106 105 ralrimivva φ i M k P i X F Y G Z k = i X H Y I Z k
107 1 2 11 3 5 6 95 9 mamucl φ X F Y G Z B M × P
108 elmapi X F Y G Z B M × P X F Y G Z : M × P B
109 ffn X F Y G Z : M × P B X F Y G Z Fn M × P
110 107 108 109 3syl φ X F Y G Z Fn M × P
111 1 2 12 3 4 6 7 102 mamucl φ X H Y I Z B M × P
112 elmapi X H Y I Z B M × P X H Y I Z : M × P B
113 ffn X H Y I Z : M × P B X H Y I Z Fn M × P
114 111 112 113 3syl φ X H Y I Z Fn M × P
115 eqfnov2 X F Y G Z Fn M × P X H Y I Z Fn M × P X F Y G Z = X H Y I Z i M k P i X F Y G Z k = i X H Y I Z k
116 110 114 115 syl2anc φ X F Y G Z = X H Y I Z i M k P i X F Y G Z k = i X H Y I Z k
117 106 116 mpbird φ X F Y G Z = X H Y I Z