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Theorem mat2pmatmul

Description: The transformation of matrices into polynomial matrices preserves the multiplication. (Contributed by AV, 29-Oct-2019) (Proof shortened by AV, 28-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses mat2pmatbas.t T = N matToPolyMat R
mat2pmatbas.a A = N Mat R
mat2pmatbas.b B = Base A
mat2pmatbas.p P = Poly 1 R
mat2pmatbas.c C = N Mat P
mat2pmatbas0.h H = Base C
Assertion mat2pmatmul N Fin R CRing x B y B T x A y = T x C T y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mat2pmatbas.t T = N matToPolyMat R
2 mat2pmatbas.a A = N Mat R
3 mat2pmatbas.b B = Base A
4 mat2pmatbas.p P = Poly 1 R
5 mat2pmatbas.c C = N Mat P
6 mat2pmatbas0.h H = Base C
7 eqid R maMul N N N = R maMul N N N
8 2 7 matmulr N Fin R CRing R maMul N N N = A
9 8 eqcomd N Fin R CRing A = R maMul N N N
10 9 oveqdr N Fin R CRing x B y B x A y = x R maMul N N N y
11 eqid Base R = Base R
12 eqid R = R
13 crngring R CRing R Ring
14 13 ad2antlr N Fin R CRing x B y B R Ring
15 simpll N Fin R CRing x B y B N Fin
16 3 eleq2i x B x Base A
17 16 birani x B y B x Base A
18 17 adantl N Fin R CRing x B y B x Base A
19 2 11 matbas2 N Fin R CRing Base R N × N = Base A
20 19 adantr N Fin R CRing x B y B Base R N × N = Base A
21 18 20 eleqtrrd N Fin R CRing x B y B x Base R N × N
22 3 eleq2i y B y Base A
23 22 biimpi y B y Base A
24 23 ad2antll N Fin R CRing x B y B y Base A
25 19 eleq2d N Fin R CRing y Base R N × N y Base A
26 25 adantr N Fin R CRing x B y B y Base R N × N y Base A
27 24 26 mpbird N Fin R CRing x B y B y Base R N × N
28 7 11 12 14 15 15 15 21 27 mamuval N Fin R CRing x B y B x R maMul N N N y = i N , j N R m N i x m R m y j
29 10 28 eqtrd N Fin R CRing x B y B x A y = i N , j N R m N i x m R m y j
30 29 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N x A y = i N , j N R m N i x m R m y j
31 oveq1 i = k i x m = k x m
32 oveq2 j = l m y j = m y l
33 31 32 oveqan12d i = k j = l i x m R m y j = k x m R m y l
34 33 mpteq2dv i = k j = l m N i x m R m y j = m N k x m R m y l
35 34 oveq2d i = k j = l R m N i x m R m y j = R m N k x m R m y l
36 35 adantl N Fin R CRing x B y B k N l N i = k j = l R m N i x m R m y j = R m N k x m R m y l
37 simp2 N Fin R CRing x B y B k N l N k N
38 simp3 N Fin R CRing x B y B k N l N l N
39 ovexd N Fin R CRing x B y B k N l N R m N k x m R m y l V
40 30 36 37 38 39 ovmpod N Fin R CRing x B y B k N l N k x A y l = R m N k x m R m y l
41 40 fveq2d N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P k x A y l = algSc P R m N k x m R m y l
42 eqid 0 R = 0 R
43 ringcmn R Ring R CMnd
44 13 43 syl R CRing R CMnd
45 44 ad2antlr N Fin R CRing x B y B R CMnd
46 45 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N R CMnd
47 4 ply1ring R Ring P Ring
48 13 47 syl R CRing P Ring
49 ringmnd P Ring P Mnd
50 48 49 syl R CRing P Mnd
51 50 ad2antlr N Fin R CRing x B y B P Mnd
52 51 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N P Mnd
53 15 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N N Fin
54 eqid algSc P = algSc P
55 eqid Scalar P = Scalar P
56 48 adantl N Fin R CRing P Ring
57 4 ply1lmod R Ring P LMod
58 13 57 syl R CRing P LMod
59 58 adantl N Fin R CRing P LMod
60 54 55 56 59 asclghm N Fin R CRing algSc P Scalar P GrpHom P
61 4 ply1sca R CRing R = Scalar P
62 61 adantl N Fin R CRing R = Scalar P
63 62 oveq1d N Fin R CRing R GrpHom P = Scalar P GrpHom P
64 60 63 eleqtrrd N Fin R CRing algSc P R GrpHom P
65 ghmmhm algSc P R GrpHom P algSc P R MndHom P
66 64 65 syl N Fin R CRing algSc P R MndHom P
67 66 adantr N Fin R CRing x B y B algSc P R MndHom P
68 67 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P R MndHom P
69 14 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N R Ring
70 69 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N R Ring
71 37 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N k N
72 simpr N Fin R CRing x B y B k N l N m N m N
73 18 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N x Base A
74 73 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N x Base A
75 74 16 sylibr N Fin R CRing x B y B k N l N m N x B
76 2 11 3 71 72 75 matecld N Fin R CRing x B y B k N l N m N k x m Base R
77 38 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N l N
78 2 fveq2i Base A = Base N Mat R
79 3 78 eqtri B = Base N Mat R
80 79 eleq2i y B y Base N Mat R
81 80 biimpi y B y Base N Mat R
82 81 ad2antll N Fin R CRing x B y B y Base N Mat R
83 82 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N y Base N Mat R
84 83 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y Base N Mat R
85 84 80 sylibr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y B
86 2 11 3 72 77 85 matecld N Fin R CRing x B y B k N l N m N m y l Base R
87 11 12 ringcl R Ring k x m Base R m y l Base R k x m R m y l Base R
88 70 76 86 87 syl3anc N Fin R CRing x B y B k N l N m N k x m R m y l Base R
89 eqid m N k x m R m y l = m N k x m R m y l
90 ovexd N Fin R CRing x B y B k N l N m N k x m R m y l V
91 fvexd N Fin R CRing x B y B k N l N 0 R V
92 89 53 90 91 fsuppmptdm N Fin R CRing x B y B k N l N finSupp 0 R m N k x m R m y l
93 11 42 46 52 53 68 88 92 gsummptmhm N Fin R CRing x B y B k N l N P m N algSc P k x m R m y l = algSc P R m N k x m R m y l
94 4 ply1assa R CRing P AssAlg
95 94 adantl N Fin R CRing P AssAlg
96 54 55 asclrhm P AssAlg algSc P Scalar P RingHom P
97 95 96 syl N Fin R CRing algSc P Scalar P RingHom P
98 62 oveq1d N Fin R CRing R RingHom P = Scalar P RingHom P
99 97 98 eleqtrrd N Fin R CRing algSc P R RingHom P
100 99 adantr N Fin R CRing x B y B algSc P R RingHom P
101 100 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P R RingHom P
102 101 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N algSc P R RingHom P
103 24 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N y Base A
104 103 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y Base A
105 104 22 sylibr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y B
106 2 11 3 72 77 105 matecld N Fin R CRing x B y B k N l N m N m y l Base R
107 eqid P = P
108 11 12 107 rhmmul algSc P R RingHom P k x m Base R m y l Base R algSc P k x m R m y l = algSc P k x m P algSc P m y l
109 102 76 106 108 syl3anc N Fin R CRing x B y B k N l N m N algSc P k x m R m y l = algSc P k x m P algSc P m y l
110 109 mpteq2dva N Fin R CRing x B y B k N l N m N algSc P k x m R m y l = m N algSc P k x m P algSc P m y l
111 110 oveq2d N Fin R CRing x B y B k N l N P m N algSc P k x m R m y l = P m N algSc P k x m P algSc P m y l
112 41 93 111 3eqtr2d N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P k x A y l = P m N algSc P k x m P algSc P m y l
113 112 mpoeq3dva N Fin R CRing x B y B k N , l N algSc P k x A y l = k N , l N P m N algSc P k x m P algSc P m y l
114 eqid Base P = Base P
115 eqid C = C
116 48 ad2antlr N Fin R CRing x B y B P Ring
117 eqid i N , j N algSc P i x j = i N , j N algSc P i x j
118 eqid i N , j N algSc P i y j = i N , j N algSc P i y j
119 14 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B i N j N R Ring
120 simp2 N Fin R CRing x B y B i N j N i N
121 simp3 N Fin R CRing x B y B i N j N j N
122 simp1rl N Fin R CRing x B y B i N j N x B
123 2 11 3 120 121 122 matecld N Fin R CRing x B y B i N j N i x j Base R
124 4 54 11 114 ply1sclcl R Ring i x j Base R algSc P i x j Base P
125 119 123 124 syl2anc N Fin R CRing x B y B i N j N algSc P i x j Base P
126 simp1rr N Fin R CRing x B y B i N j N y B
127 2 11 3 120 121 126 matecld N Fin R CRing x B y B i N j N i y j Base R
128 4 54 11 114 ply1sclcl R Ring i y j Base R algSc P i y j Base P
129 119 127 128 syl2anc N Fin R CRing x B y B i N j N algSc P i y j Base P
130 oveq12 k = i m = j k x m = i x j
131 130 fveq2d k = i m = j algSc P k x m = algSc P i x j
132 131 adantl N Fin R CRing x B y B k = i m = j algSc P k x m = algSc P i x j
133 oveq12 m = i l = j m y l = i y j
134 133 fveq2d m = i l = j algSc P m y l = algSc P i y j
135 134 adantl N Fin R CRing x B y B m = i l = j algSc P m y l = algSc P i y j
136 fvexd N Fin R CRing x B y B k N m N algSc P k x m V
137 fvexd N Fin R CRing x B y B m N l N algSc P m y l V
138 5 114 115 107 116 15 117 118 125 129 132 135 136 137 mpomatmul N Fin R CRing x B y B i N , j N algSc P i x j C i N , j N algSc P i y j = k N , l N P m N algSc P k x m P algSc P m y l
139 113 138 eqtr4d N Fin R CRing x B y B k N , l N algSc P k x A y l = i N , j N algSc P i x j C i N , j N algSc P i y j
140 2 matring N Fin R Ring A Ring
141 13 140 sylan2 N Fin R CRing A Ring
142 141 anim1i N Fin R CRing x B y B A Ring x B y B
143 3anass A Ring x B y B A Ring x B y B
144 142 143 sylibr N Fin R CRing x B y B A Ring x B y B
145 eqid A = A
146 3 145 ringcl A Ring x B y B x A y B
147 144 146 syl N Fin R CRing x B y B x A y B
148 1 2 3 4 54 mat2pmatval N Fin R Ring x A y B T x A y = k N , l N algSc P k x A y l
149 15 14 147 148 syl3anc N Fin R CRing x B y B T x A y = k N , l N algSc P k x A y l
150 simpl x B y B x B
151 150 anim2i N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing x B
152 df-3an N Fin R CRing x B N Fin R CRing x B
153 151 152 sylibr N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing x B
154 1 2 3 4 54 mat2pmatval N Fin R CRing x B T x = i N , j N algSc P i x j
155 153 154 syl N Fin R CRing x B y B T x = i N , j N algSc P i x j
156 simpr x B y B y B
157 156 anim2i N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing y B
158 df-3an N Fin R CRing y B N Fin R CRing y B
159 157 158 sylibr N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing y B
160 1 2 3 4 54 mat2pmatval N Fin R CRing y B T y = i N , j N algSc P i y j
161 159 160 syl N Fin R CRing x B y B T y = i N , j N algSc P i y j
162 155 161 oveq12d N Fin R CRing x B y B T x C T y = i N , j N algSc P i x j C i N , j N algSc P i y j
163 139 149 162 3eqtr4d N Fin R CRing x B y B T x A y = T x C T y
164 163 ralrimivva N Fin R CRing x B y B T x A y = T x C T y