Metamath Proof Explorer


Theorem mat0scmat

Description: The empty matrix over a ring is a scalar matrix (and therefore, by scmatdmat , also a diagonal matrix). (Contributed by AV, 21-Dec-2019)

Ref Expression
Assertion mat0scmat ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ โˆ… โˆˆ ( โˆ… ScMat ๐‘… ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 0ex โŠข โˆ… โˆˆ V
2 1 snid โŠข โˆ… โˆˆ { โˆ… }
3 mat0dimbas0 โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( Base โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) = { โˆ… } )
4 2 3 eleqtrrid โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ โˆ… โˆˆ ( Base โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) )
5 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ๐‘… )
6 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘… ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… )
7 5 6 ringidcl โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
8 oveq1 โŠข ( ๐‘ = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โ†’ ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) = ( ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) )
9 8 eqeq2d โŠข ( ๐‘ = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โ†’ ( โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) โ†” โˆ… = ( ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) ) )
10 9 adantl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘ = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) โ†” โˆ… = ( ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) ) )
11 eqid โŠข ( โˆ… Mat ๐‘… ) = ( โˆ… Mat ๐‘… )
12 11 mat0dimscm โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) = โˆ… )
13 7 12 mpdan โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) = โˆ… )
14 13 eqcomd โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ โˆ… = ( ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) )
15 7 10 14 rspcedvd โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) )
16 11 mat0dimid โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) = โˆ… )
17 16 oveq2d โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ) = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) )
18 17 eqeq2d โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ) โ†” โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) ) )
19 18 rexbidv โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆ… ) ) )
20 15 19 mpbird โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ) )
21 0fin โŠข โˆ… โˆˆ Fin
22 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) = ( Base โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) )
23 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) = ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) )
24 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) )
25 eqid โŠข ( โˆ… ScMat ๐‘… ) = ( โˆ… ScMat ๐‘… )
26 5 11 22 23 24 25 scmatel โŠข ( ( โˆ… โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ( โˆ… โˆˆ ( โˆ… ScMat ๐‘… ) โ†” ( โˆ… โˆˆ ( Base โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆง โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ) ) ) )
27 21 26 mpan โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( โˆ… โˆˆ ( โˆ… ScMat ๐‘… ) โ†” ( โˆ… โˆˆ ( Base โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) โˆง โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆ… = ( ๐‘ ( ยท๐‘  โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ( 1r โ€˜ ( โˆ… Mat ๐‘… ) ) ) ) ) )
28 4 20 27 mpbir2and โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ โˆ… โˆˆ ( โˆ… ScMat ๐‘… ) )