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Theorem scmatf1

Description: There is a 1-1 function from a ring to any ring of scalar matrices with positive dimension over this ring. (Contributed by AV, 25-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses scmatrhmval.k ⊢ K = Base R
scmatrhmval.a ⊢ A = N Mat R
scmatrhmval.o ⊢ 1 ˙ = 1 A
scmatrhmval.t ⊢ ∗ ˙ = ⋅ A
scmatrhmval.f ⊢ F = x ∈ K ⟼ x ∗ ˙ 1 ˙
scmatrhmval.c ⊢ C = N ScMat R
Assertion scmatf1 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring → F : K ⟶ 1-1 C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 scmatrhmval.k ⊢ K = Base R
2 scmatrhmval.a ⊢ A = N Mat R
3 scmatrhmval.o ⊢ 1 ˙ = 1 A
4 scmatrhmval.t ⊢ ∗ ˙ = ⋅ A
5 scmatrhmval.f ⊢ F = x ∈ K ⟼ x ∗ ˙ 1 ˙
6 scmatrhmval.c ⊢ C = N ScMat R
7 1 2 3 4 5 6 scmatf ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → F : K ⟶ C
8 7 3adant2 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring → F : K ⟶ C
9 simpr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → R ∈ Ring
10 simpl ⊢ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∈ K
11 1 2 3 4 5 scmatrhmval ⊢ R ∈ Ring ∧ y ∈ K → F ⁡ y = y ∗ ˙ 1 ˙
12 9 10 11 syl2an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → F ⁡ y = y ∗ ˙ 1 ˙
13 simpr ⊢ y ∈ K ∧ z ∈ K → z ∈ K
14 1 2 3 4 5 scmatrhmval ⊢ R ∈ Ring ∧ z ∈ K → F ⁡ z = z ∗ ˙ 1 ˙
15 9 13 14 syl2an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → F ⁡ z = z ∗ ˙ 1 ˙
16 12 15 eqeq12d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → F ⁡ y = F ⁡ z ↔ y ∗ ˙ 1 ˙ = z ∗ ˙ 1 ˙
17 16 3adantl2 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → F ⁡ y = F ⁡ z ↔ y ∗ ˙ 1 ˙ = z ∗ ˙ 1 ˙
18 2 matring ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → A ∈ Ring
19 eqid ⊢ Base A = Base A
20 19 3 ringidcl ⊢ A ∈ Ring → 1 ˙ ∈ Base A
21 18 20 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → 1 ˙ ∈ Base A
22 21 10 anim12ci ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∈ K ∧ 1 ˙ ∈ Base A
23 1 2 19 4 matvscl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ 1 ˙ ∈ Base A → y ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A
24 22 23 syldan ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A
25 21 13 anim12ci ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → z ∈ K ∧ 1 ˙ ∈ Base A
26 1 2 19 4 matvscl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ z ∈ K ∧ 1 ˙ ∈ Base A → z ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A
27 25 26 syldan ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → z ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A
28 24 27 jca ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A ∧ z ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A
29 28 3adantl2 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A ∧ z ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A
30 2 19 eqmat ⊢ y ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A ∧ z ∗ ˙ 1 ˙ ∈ Base A → y ∗ ˙ 1 ˙ = z ∗ ˙ 1 ˙ ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j
31 29 30 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∗ ˙ 1 ˙ = z ∗ ˙ 1 ˙ ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j
32 difsnid ⊢ i ∈ N → N ∖ i ∪ i = N
33 32 eqcomd ⊢ i ∈ N → N = N ∖ i ∪ i
34 33 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → N = N ∖ i ∪ i
35 34 raleqdv ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ ∀ j ∈ N ∖ i ∪ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j
36 oveq2 ⊢ j = i → i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i y ∗ ˙ 1 ˙ i
37 oveq2 ⊢ j = i → i z ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ i
38 36 37 eqeq12d ⊢ j = i → i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ i y ∗ ˙ 1 ˙ i = i z ∗ ˙ 1 ˙ i
39 38 ralunsn ⊢ i ∈ N → ∀ j ∈ N ∖ i ∪ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ i y ∗ ˙ 1 ˙ i = i z ∗ ˙ 1 ˙ i
40 39 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → ∀ j ∈ N ∖ i ∪ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ i y ∗ ˙ 1 ˙ i = i z ∗ ˙ 1 ˙ i
41 10 anim2i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K
42 df-3an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ↔ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K
43 41 42 sylibr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K
44 id ⊢ i ∈ N → i ∈ N
45 44 44 jca ⊢ i ∈ N → i ∈ N ∧ i ∈ N
46 eqid ⊢ 0 R = 0 R
47 2 1 46 3 4 scmatscmide ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ i ∈ N ∧ i ∈ N → i y ∗ ˙ 1 ˙ i = if i = i y 0 R
48 43 45 47 syl2an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → i y ∗ ˙ 1 ˙ i = if i = i y 0 R
49 eqid ⊢ i = i
50 49 iftruei ⊢ if i = i y 0 R = y
51 48 50 eqtrdi ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → i y ∗ ˙ 1 ˙ i = y
52 13 anim2i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ z ∈ K
53 df-3an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ z ∈ K ↔ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ z ∈ K
54 52 53 sylibr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ z ∈ K
55 2 1 46 3 4 scmatscmide ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N ∧ i ∈ N → i z ∗ ˙ 1 ˙ i = if i = i z 0 R
56 54 45 55 syl2an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → i z ∗ ˙ 1 ˙ i = if i = i z 0 R
57 49 iftruei ⊢ if i = i z 0 R = z
58 56 57 eqtrdi ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → i z ∗ ˙ 1 ˙ i = z
59 51 58 eqeq12d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → i y ∗ ˙ 1 ˙ i = i z ∗ ˙ 1 ˙ i ↔ y = z
60 59 anbi2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ i y ∗ ˙ 1 ˙ i = i z ∗ ˙ 1 ˙ i ↔ ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z
61 35 40 60 3bitrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K ∧ i ∈ N → ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z
62 61 ralbidva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z
63 62 3adantl2 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z
64 r19.26 ⊢ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ ∀ i ∈ N y = z
65 rspn0 ⊢ N ≠ ∅ → ∀ i ∈ N y = z → y = z
66 65 3ad2ant2 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring → ∀ i ∈ N y = z → y = z
67 66 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → ∀ i ∈ N y = z → y = z
68 67 com12 ⊢ ∀ i ∈ N y = z → N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y = z
69 64 68 simplbiim ⊢ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z → N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y = z
70 69 com12 ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N ∖ i i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j ∧ y = z → y = z
71 63 70 sylbid ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i y ∗ ˙ 1 ˙ j = i z ∗ ˙ 1 ˙ j → y = z
72 31 71 sylbid ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → y ∗ ˙ 1 ˙ = z ∗ ˙ 1 ˙ → y = z
73 17 72 sylbid ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ K ∧ z ∈ K → F ⁡ y = F ⁡ z → y = z
74 73 ralrimivva ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring → ∀ y ∈ K ∀ z ∈ K F ⁡ y = F ⁡ z → y = z
75 dff13 ⊢ F : K ⟶ 1-1 C ↔ F : K ⟶ C ∧ ∀ y ∈ K ∀ z ∈ K F ⁡ y = F ⁡ z → y = z
76 8 74 75 sylanbrc ⊢ N ∈ Fin ∧ N ≠ ∅ ∧ R ∈ Ring → F : K ⟶ 1-1 C