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Theorem mavmulass

Description: Associativity of the multiplication of two NxN matrices with an N-dimensional vector. (Contributed by AV, 9-Feb-2019) (Revised by AV, 25-Feb-2019) (Proof shortened by AV, 22-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses 1mavmul.a A = N Mat R
1mavmul.b B = Base R
1mavmul.t · ˙ = R maVecMul N N
1mavmul.r φ R Ring
1mavmul.n φ N Fin
1mavmul.y φ Y B N
mavmulass.m × ˙ = R maMul N N N
mavmulass.x φ X Base A
mavmulass.z φ Z Base A
Assertion mavmulass φ X × ˙ Z · ˙ Y = X · ˙ Z · ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1mavmul.a A = N Mat R
2 1mavmul.b B = Base R
3 1mavmul.t · ˙ = R maVecMul N N
4 1mavmul.r φ R Ring
5 1mavmul.n φ N Fin
6 1mavmul.y φ Y B N
7 mavmulass.m × ˙ = R maMul N N N
8 mavmulass.x φ X Base A
9 mavmulass.z φ Z Base A
10 eqid R = R
11 1 2 matbas2 N Fin R Ring B N × N = Base A
12 5 4 11 syl2anc φ B N × N = Base A
13 8 12 eleqtrrd φ X B N × N
14 9 12 eleqtrrd φ Z B N × N
15 2 4 7 5 5 5 13 14 mamucl φ X × ˙ Z B N × N
16 15 12 eleqtrd φ X × ˙ Z Base A
17 1 3 2 10 4 5 16 6 mavmulcl φ X × ˙ Z · ˙ Y B N
18 elmapi X × ˙ Z · ˙ Y B N X × ˙ Z · ˙ Y : N B
19 ffn X × ˙ Z · ˙ Y : N B X × ˙ Z · ˙ Y Fn N
20 17 18 19 3syl φ X × ˙ Z · ˙ Y Fn N
21 1 3 2 10 4 5 9 6 mavmulcl φ Z · ˙ Y B N
22 1 3 2 10 4 5 8 21 mavmulcl φ X · ˙ Z · ˙ Y B N
23 elmapi X · ˙ Z · ˙ Y B N X · ˙ Z · ˙ Y : N B
24 ffn X · ˙ Z · ˙ Y : N B X · ˙ Z · ˙ Y Fn N
25 22 23 24 3syl φ X · ˙ Z · ˙ Y Fn N
26 ringcmn R Ring R CMnd
27 4 26 syl φ R CMnd
28 27 adantr φ i N R CMnd
29 5 adantr φ i N N Fin
30 4 ad2antrr φ i N j N k N R Ring
31 elmapi X B N × N X : N × N B
32 13 31 syl φ X : N × N B
33 32 ad2antrr φ i N j N k N X : N × N B
34 simplr φ i N j N k N i N
35 simprr φ i N j N k N k N
36 33 34 35 fovrnd φ i N j N k N i X k B
37 elmapi Z B N × N Z : N × N B
38 14 37 syl φ Z : N × N B
39 38 ad2antrr φ i N j N k N Z : N × N B
40 simprl φ i N j N k N j N
41 39 35 40 fovrnd φ i N j N k N k Z j B
42 elmapi Y B N Y : N B
43 ffvelrn Y : N B j N Y j B
44 43 ex Y : N B j N Y j B
45 6 42 44 3syl φ j N Y j B
46 45 imp φ j N Y j B
47 46 ad2ant2r φ i N j N k N Y j B
48 2 10 ringcl R Ring k Z j B Y j B k Z j R Y j B
49 30 41 47 48 syl3anc φ i N j N k N k Z j R Y j B
50 2 10 ringcl R Ring i X k B k Z j R Y j B i X k R k Z j R Y j B
51 30 36 49 50 syl3anc φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j B
52 2 28 29 29 51 gsumcom3fi φ i N R j N R k N i X k R k Z j R Y j = R k N R j N i X k R k Z j R Y j
53 4 ad2antrr φ i N j N R Ring
54 5 ad2antrr φ i N j N N Fin
55 13 ad2antrr φ i N j N X B N × N
56 14 ad2antrr φ i N j N Z B N × N
57 simplr φ i N j N i N
58 simpr φ i N j N j N
59 7 2 10 53 54 54 54 55 56 57 58 mamufv φ i N j N i X × ˙ Z j = R k N i X k R k Z j
60 59 oveq1d φ i N j N i X × ˙ Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
61 eqid 0 R = 0 R
62 eqid + R = + R
63 46 adantlr φ i N j N Y j B
64 4 adantr φ i N R Ring
65 64 ad2antrr φ i N j N k N R Ring
66 32 ad2antrr φ i N k N X : N × N B
67 simplr φ i N k N i N
68 simpr φ i N k N k N
69 66 67 68 fovrnd φ i N k N i X k B
70 69 adantlr φ i N j N k N i X k B
71 38 adantr φ i N Z : N × N B
72 71 ad2antrr φ i N j N k N Z : N × N B
73 simpr φ i N j N k N k N
74 simplr φ i N j N k N j N
75 72 73 74 fovrnd φ i N j N k N k Z j B
76 2 10 ringcl R Ring i X k B k Z j B i X k R k Z j B
77 65 70 75 76 syl3anc φ i N j N k N i X k R k Z j B
78 eqid k N i X k R k Z j = k N i X k R k Z j
79 ovexd φ i N j N k N i X k R k Z j V
80 fvexd φ i N j N 0 R V
81 78 54 79 80 fsuppmptdm φ i N j N finSupp 0 R k N i X k R k Z j
82 2 61 62 10 53 54 63 77 81 gsummulc1 φ i N j N R k N i X k R k Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
83 2 10 ringass R Ring i X k B k Z j B Y j B i X k R k Z j R Y j = i X k R k Z j R Y j
84 30 36 41 47 83 syl13anc φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j = i X k R k Z j R Y j
85 84 anassrs φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j = i X k R k Z j R Y j
86 85 mpteq2dva φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j = k N i X k R k Z j R Y j
87 86 oveq2d φ i N j N R k N i X k R k Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
88 60 82 87 3eqtr2d φ i N j N i X × ˙ Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
89 88 mpteq2dva φ i N j N i X × ˙ Z j R Y j = j N R k N i X k R k Z j R Y j
90 89 oveq2d φ i N R j N i X × ˙ Z j R Y j = R j N R k N i X k R k Z j R Y j
91 4 ad2antrr φ i N k N R Ring
92 5 ad2antrr φ i N k N N Fin
93 9 ad2antrr φ i N k N Z Base A
94 6 ad2antrr φ i N k N Y B N
95 1 3 2 10 91 92 93 94 68 mavmulfv φ i N k N Z · ˙ Y k = R j N k Z j R Y j
96 95 oveq2d φ i N k N i X k R Z · ˙ Y k = i X k R R j N k Z j R Y j
97 64 ad2antrr φ i N k N j N R Ring
98 71 ad2antrr φ i N k N j N Z : N × N B
99 simplr φ i N k N j N k N
100 simpr φ i N k N j N j N
101 98 99 100 fovrnd φ i N k N j N k Z j B
102 45 ad2antrr φ i N k N j N Y j B
103 102 imp φ i N k N j N Y j B
104 97 101 103 48 syl3anc φ i N k N j N k Z j R Y j B
105 eqid j N k Z j R Y j = j N k Z j R Y j
106 ovexd φ i N k N j N k Z j R Y j V
107 fvexd φ i N k N 0 R V
108 105 92 106 107 fsuppmptdm φ i N k N finSupp 0 R j N k Z j R Y j
109 2 61 62 10 91 92 69 104 108 gsummulc2 φ i N k N R j N i X k R k Z j R Y j = i X k R R j N k Z j R Y j
110 96 109 eqtr4d φ i N k N i X k R Z · ˙ Y k = R j N i X k R k Z j R Y j
111 110 mpteq2dva φ i N k N i X k R Z · ˙ Y k = k N R j N i X k R k Z j R Y j
112 111 oveq2d φ i N R k N i X k R Z · ˙ Y k = R k N R j N i X k R k Z j R Y j
113 52 90 112 3eqtr4d φ i N R j N i X × ˙ Z j R Y j = R k N i X k R Z · ˙ Y k
114 16 adantr φ i N X × ˙ Z Base A
115 6 adantr φ i N Y B N
116 simpr φ i N i N
117 1 3 2 10 64 29 114 115 116 mavmulfv φ i N X × ˙ Z · ˙ Y i = R j N i X × ˙ Z j R Y j
118 8 adantr φ i N X Base A
119 21 adantr φ i N Z · ˙ Y B N
120 1 3 2 10 64 29 118 119 116 mavmulfv φ i N X · ˙ Z · ˙ Y i = R k N i X k R Z · ˙ Y k
121 113 117 120 3eqtr4d φ i N X × ˙ Z · ˙ Y i = X · ˙ Z · ˙ Y i
122 20 25 121 eqfnfvd φ X × ˙ Z · ˙ Y = X · ˙ Z · ˙ Y