Metamath Proof Explorer


Theorem chfacfscmulcl

Description: Closure of a scaled value of the "characteristic factor function". (Contributed by AV, 9-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses chfacfisf.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
chfacfisf.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
chfacfisf.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
chfacfisf.y โŠข ๐‘Œ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
chfacfisf.r โŠข ร— = ( .r โ€˜ ๐‘Œ )
chfacfisf.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘Œ )
chfacfisf.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘Œ )
chfacfisf.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
chfacfisf.g โŠข ๐บ = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ if ( ๐‘› = 0 , ( 0 โˆ’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ร— ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ 0 ) ) ) ) , if ( ๐‘› = ( ๐‘  + 1 ) , ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘  ) ) , if ( ( ๐‘  + 1 ) < ๐‘› , 0 , ( ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘› โˆ’ 1 ) ) ) โˆ’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ร— ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) ) )
chfacfscmulcl.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
chfacfscmulcl.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Œ )
chfacfscmulcl.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
Assertion chfacfscmulcl ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐พ โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐พ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chfacfisf.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
2 chfacfisf.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
3 chfacfisf.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
4 chfacfisf.y โŠข ๐‘Œ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
5 chfacfisf.r โŠข ร— = ( .r โ€˜ ๐‘Œ )
6 chfacfisf.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘Œ )
7 chfacfisf.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘Œ )
8 chfacfisf.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
9 chfacfisf.g โŠข ๐บ = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ if ( ๐‘› = 0 , ( 0 โˆ’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ร— ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ 0 ) ) ) ) , if ( ๐‘› = ( ๐‘  + 1 ) , ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘  ) ) , if ( ( ๐‘  + 1 ) < ๐‘› , 0 , ( ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘› โˆ’ 1 ) ) ) โˆ’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ร— ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) ) )
10 chfacfscmulcl.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
11 chfacfscmulcl.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Œ )
12 chfacfscmulcl.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
13 crngring โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
14 3 4 pmatlmod โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ LMod )
15 13 14 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ LMod )
16 15 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ LMod )
17 16 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ LMod )
18 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ )
19 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
20 18 19 mgpbas โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
21 3 ply1ring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
22 13 21 syl โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
23 22 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
24 18 ringmgp โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ Ring โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆˆ Mnd )
25 23 24 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆˆ Mnd )
26 25 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆˆ Mnd )
27 simp3 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐พ โˆˆ โ„•0 )
28 13 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
29 10 3 19 vr1cl โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
30 28 29 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
31 30 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
32 20 12 26 27 31 mulgnn0cld โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐พ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
33 3 ply1crng โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CRing )
34 33 anim2i โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ CRing ) )
35 34 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ CRing ) )
36 4 matsca2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘ƒ = ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) )
37 35 36 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ƒ = ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) )
38 37 eqcomd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) = ๐‘ƒ )
39 38 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
40 39 3ad2ant1 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
41 32 40 eleqtrrd โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐พ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) ) )
42 1 2 3 4 5 6 7 8 9 chfacfisf โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ๐บ : โ„•0 โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
43 13 42 syl3anl2 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ๐บ : โ„•0 โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
44 43 3adant3 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐บ : โ„•0 โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
45 44 27 ffvelcdmd โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐พ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
46 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) = ( Base โ€˜ ๐‘Œ )
47 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ )
48 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) )
49 46 47 11 48 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ LMod โˆง ( ๐พ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Œ ) ) โˆง ( ๐บ โ€˜ ๐พ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) ) โ†’ ( ( ๐พ โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐พ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
50 17 41 45 49 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐พ โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐พ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )