Metamath Proof Explorer


Theorem chmatcl

Description: Closure of the characteristic matrix of a matrix. (Contributed by AV, 25-Oct-2019) (Proof shortened by AV, 29-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses chmatcl.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
chmatcl.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
chmatcl.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
chmatcl.y โŠข ๐‘Œ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
chmatcl.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
chmatcl.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
chmatcl.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘Œ )
chmatcl.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Œ )
chmatcl.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘Œ )
chmatcl.h โŠข ๐ป = ( ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆ’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) )
Assertion chmatcl ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐ป โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chmatcl.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
2 chmatcl.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
3 chmatcl.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
4 chmatcl.y โŠข ๐‘Œ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
5 chmatcl.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
6 chmatcl.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
7 chmatcl.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘Œ )
8 chmatcl.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Œ )
9 chmatcl.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘Œ )
10 chmatcl.h โŠข ๐ป = ( ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆ’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) )
11 3 4 pmatring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Ring )
12 ringgrp โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ Ring โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Grp )
13 11 12 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Grp )
14 13 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Grp )
15 3 ply1ring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
16 15 anim2i โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ Ring ) )
17 16 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ Ring ) )
18 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
19 5 3 18 vr1cl โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
20 19 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
21 11 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Ring )
22 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) = ( Base โ€˜ ๐‘Œ )
23 22 9 ringidcl โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ Ring โ†’ 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
24 21 23 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
25 18 4 22 8 matvscl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆง 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) ) ) โ†’ ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
26 17 20 24 25 syl12anc โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
27 6 1 2 3 4 mat2pmatbas โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
28 22 7 grpsubcl โŠข ( ( ๐‘Œ โˆˆ Grp โˆง ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) โˆง ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) ) โ†’ ( ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆ’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
29 14 26 27 28 syl3anc โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐‘‹ ยท 1 ) โˆ’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
30 10 29 eqeltrid โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐ป โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )