Metamath Proof Explorer


Theorem matunit

Description: A matrix is a unit in the ring of matrices iff its determinant is a unit in the underlying ring. (Contributed by Stefan O'Rear, 17-Jul-2018)

Ref Expression
Hypotheses matunit.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
matunit.d โŠข ๐ท = ( ๐‘ maDet ๐‘… )
matunit.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
matunit.u โŠข ๐‘ˆ = ( Unit โ€˜ ๐ด )
matunit.v โŠข ๐‘‰ = ( Unit โ€˜ ๐‘… )
Assertion matunit ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ โ†” ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 matunit.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
2 matunit.d โŠข ๐ท = ( ๐‘ maDet ๐‘… )
3 matunit.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
4 matunit.u โŠข ๐‘ˆ = ( Unit โ€˜ ๐ด )
5 matunit.v โŠข ๐‘‰ = ( Unit โ€˜ ๐‘… )
6 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ๐‘… )
7 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐‘… ) = ( .r โ€˜ ๐‘… )
8 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘… ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… )
9 eqid โŠข ( invr โ€˜ ๐‘… ) = ( invr โ€˜ ๐‘… )
10 crngring โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
11 10 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
12 2 1 3 6 mdetcl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
13 12 adantr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
14 2 1 3 6 mdetf โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐ท : ๐ต โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
15 14 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐ท : ๐ต โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
16 1 3 matrcl โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ V ) )
17 16 simpld โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โ†’ ๐‘ โˆˆ Fin )
18 17 ad2antlr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ Fin )
19 1 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
20 18 11 19 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
21 eqid โŠข ( invr โ€˜ ๐ด ) = ( invr โ€˜ ๐ด )
22 4 21 3 ringinvcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ต )
23 20 22 sylancom โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ต )
24 15 23 ffvelcdmd โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
25 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐ด ) = ( .r โ€˜ ๐ด )
26 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐ด ) = ( 1r โ€˜ ๐ด )
27 4 21 25 26 unitrinv โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐‘€ ( .r โ€˜ ๐ด ) ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( 1r โ€˜ ๐ด ) )
28 20 27 sylancom โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐‘€ ( .r โ€˜ ๐ด ) ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( 1r โ€˜ ๐ด ) )
29 28 fveq2d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ๐‘€ ( .r โ€˜ ๐ด ) ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) = ( ๐ท โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ด ) ) )
30 simpll โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐‘… โˆˆ CRing )
31 simplr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐ต )
32 1 3 2 7 25 mdetmul โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ๐‘€ ( .r โ€˜ ๐ด ) ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) = ( ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
33 30 31 23 32 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ๐‘€ ( .r โ€˜ ๐ด ) ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) = ( ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
34 2 1 26 8 mdet1 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘ โˆˆ Fin ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ด ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
35 30 18 34 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ด ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
36 29 33 35 3eqtr3d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
37 4 21 25 26 unitlinv โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐ด ) ๐‘€ ) = ( 1r โ€˜ ๐ด ) )
38 20 37 sylancom โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐ด ) ๐‘€ ) = ( 1r โ€˜ ๐ด ) )
39 38 fveq2d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐ด ) ๐‘€ ) ) = ( ๐ท โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ด ) ) )
40 1 3 2 7 25 mdetmul โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐ด ) ๐‘€ ) ) = ( ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ) )
41 30 23 31 40 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ( ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ( .r โ€˜ ๐ด ) ๐‘€ ) ) = ( ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ) )
42 39 41 35 3eqtr3d โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
43 6 7 8 5 9 11 13 24 36 42 invrvald โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ โˆง ( ( invr โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ๐ท โ€˜ ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
44 43 simpld โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ )
45 eqid โŠข ( ๐‘ maAdju ๐‘… ) = ( ๐‘ maAdju ๐‘… )
46 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด )
47 1 45 2 3 4 5 9 21 46 matinv โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ โˆง ( ( invr โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐‘€ ) = ( ( ( invr โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด ) ( ( ๐‘ maAdju ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
48 47 simpld โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ )
49 48 3expa โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ )
50 44 49 impbida โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ ๐‘ˆ โ†” ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐‘‰ ) )