Metamath Proof Explorer


Theorem lmat22det

Description: The determinant of a literal 2x2 complex matrix. (Contributed by Thierry Arnoux, 1-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses lmat22.m โŠข ๐‘€ = ( litMat โ€˜ โŸจโ€œ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โ€โŸฉ )
lmat22.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‰ )
lmat22.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ ๐‘‰ )
lmat22.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ๐‘‰ )
lmat22.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ ๐‘‰ )
lmat22det.t โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… )
lmat22det.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘… )
lmat22det.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘… )
lmat22det.j โŠข ๐ฝ = ( ( 1 ... 2 ) maDet ๐‘… )
lmat22det.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
Assertion lmat22det ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ( ๐ด ยท ๐ท ) โˆ’ ( ๐ถ ยท ๐ต ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmat22.m โŠข ๐‘€ = ( litMat โ€˜ โŸจโ€œ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โ€โŸฉ )
2 lmat22.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‰ )
3 lmat22.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ ๐‘‰ )
4 lmat22.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ๐‘‰ )
5 lmat22.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ ๐‘‰ )
6 lmat22det.t โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… )
7 lmat22det.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘… )
8 lmat22det.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘… )
9 lmat22det.j โŠข ๐ฝ = ( ( 1 ... 2 ) maDet ๐‘… )
10 lmat22det.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
11 2nn โŠข 2 โˆˆ โ„•
12 11 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„• )
13 2 3 s2cld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โˆˆ Word ๐‘‰ )
14 4 5 s2cld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โˆˆ Word ๐‘‰ )
15 13 14 s2cld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โŸจโ€œ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โ€โŸฉ โˆˆ Word Word ๐‘‰ )
16 s2len โŠข ( โ™ฏ โ€˜ โŸจโ€œ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โ€โŸฉ ) = 2
17 16 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ โŸจโ€œ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โ€โŸฉ ) = 2 )
18 1 2 3 4 5 lmat22lem โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ..^ 2 ) ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( โŸจโ€œ โŸจโ€œ ๐ด ๐ต โ€โŸฉ โŸจโ€œ ๐ถ ๐ท โ€โŸฉ โ€โŸฉ โ€˜ ๐‘– ) ) = 2 )
19 eqid โŠข ( ( 1 ... 2 ) Mat ๐‘… ) = ( ( 1 ... 2 ) Mat ๐‘… )
20 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( ( 1 ... 2 ) Mat ๐‘… ) ) = ( Base โ€˜ ( ( 1 ... 2 ) Mat ๐‘… ) )
21 1 12 15 17 18 8 19 20 10 lmatcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ( 1 ... 2 ) Mat ๐‘… ) ) )
22 2z โŠข 2 โˆˆ โ„ค
23 fzval3 โŠข ( 2 โˆˆ โ„ค โ†’ ( 1 ... 2 ) = ( 1 ..^ ( 2 + 1 ) ) )
24 22 23 ax-mp โŠข ( 1 ... 2 ) = ( 1 ..^ ( 2 + 1 ) )
25 2p1e3 โŠข ( 2 + 1 ) = 3
26 25 oveq2i โŠข ( 1 ..^ ( 2 + 1 ) ) = ( 1 ..^ 3 )
27 fzo13pr โŠข ( 1 ..^ 3 ) = { 1 , 2 }
28 24 26 27 3eqtri โŠข ( 1 ... 2 ) = { 1 , 2 }
29 28 9 19 20 7 6 m2detleib โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ( 1 ... 2 ) Mat ๐‘… ) ) ) โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ( ( 1 ๐‘€ 1 ) ยท ( 2 ๐‘€ 2 ) ) โˆ’ ( ( 2 ๐‘€ 1 ) ยท ( 1 ๐‘€ 2 ) ) ) )
30 10 21 29 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ( ( 1 ๐‘€ 1 ) ยท ( 2 ๐‘€ 2 ) ) โˆ’ ( ( 2 ๐‘€ 1 ) ยท ( 1 ๐‘€ 2 ) ) ) )
31 1 2 3 4 5 lmat22e11 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ๐‘€ 1 ) = ๐ด )
32 1 2 3 4 5 lmat22e22 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ๐‘€ 2 ) = ๐ท )
33 31 32 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 1 ๐‘€ 1 ) ยท ( 2 ๐‘€ 2 ) ) = ( ๐ด ยท ๐ท ) )
34 1 2 3 4 5 lmat22e21 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ๐‘€ 1 ) = ๐ถ )
35 1 2 3 4 5 lmat22e12 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ๐‘€ 2 ) = ๐ต )
36 34 35 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 2 ๐‘€ 1 ) ยท ( 1 ๐‘€ 2 ) ) = ( ๐ถ ยท ๐ต ) )
37 33 36 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( 1 ๐‘€ 1 ) ยท ( 2 ๐‘€ 2 ) ) โˆ’ ( ( 2 ๐‘€ 1 ) ยท ( 1 ๐‘€ 2 ) ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐ท ) โˆ’ ( ๐ถ ยท ๐ต ) ) )
38 30 37 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ( ๐ด ยท ๐ท ) โˆ’ ( ๐ถ ยท ๐ต ) ) )