Metamath Proof Explorer


Theorem mdetlap1

Description: A Laplace expansion of the determinant of a matrix, using the adjunct (cofactor) matrix. (Contributed by Thierry Arnoux, 16-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses mdetlap1.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
mdetlap1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
mdetlap1.d โŠข ๐ท = ( ๐‘ maDet ๐‘… )
mdetlap1.k โŠข ๐พ = ( ๐‘ maAdju ๐‘… )
mdetlap1.t โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… )
Assertion mdetlap1 ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) = ( ๐‘… ฮฃg ( ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) ยท ( ๐‘— ( ๐พ โ€˜ ๐‘€ ) ๐ผ ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mdetlap1.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
2 mdetlap1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
3 mdetlap1.d โŠข ๐ท = ( ๐‘ maDet ๐‘… )
4 mdetlap1.k โŠข ๐พ = ( ๐‘ maAdju ๐‘… )
5 mdetlap1.t โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… )
6 simp2 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐ต )
7 1 2 matmpo โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โ†’ ๐‘€ = ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) )
8 eqid โŠข ๐‘ = ๐‘
9 simpr โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘– = ๐ผ ) โ†’ ๐‘– = ๐ผ )
10 9 eqcomd โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘– = ๐ผ ) โ†’ ๐ผ = ๐‘– )
11 10 oveq1d โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘– = ๐ผ ) โ†’ ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) = ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) )
12 eqidd โŠข ( ( โŠค โˆง ยฌ ๐‘– = ๐ผ ) โ†’ ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) = ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) )
13 11 12 ifeqda โŠข ( โŠค โ†’ if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) = ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) )
14 13 mptru โŠข if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) = ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— )
15 8 8 14 mpoeq123i โŠข ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) ) = ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) )
16 7 15 eqtr4di โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โ†’ ๐‘€ = ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) ) )
17 16 fveq2d โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) = ( ๐ท โ€˜ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) ) ) )
18 6 17 syl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) = ( ๐ท โ€˜ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) ) ) )
19 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ๐‘… )
20 simp1 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐‘… โˆˆ CRing )
21 simpl3 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐‘ )
22 simpr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐‘— โˆˆ ๐‘ )
23 6 2 eleqtrdi โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
24 23 adantr โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
25 1 19 matecl โŠข ( ( ๐ผ โˆˆ ๐‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ โˆง ๐‘€ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
26 21 22 24 25 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
27 simp3 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐‘ )
28 1 4 2 3 5 19 6 20 26 27 madugsum โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐‘… ฮฃg ( ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) ยท ( ๐‘— ( ๐พ โ€˜ ๐‘€ ) ๐ผ ) ) ) ) = ( ๐ท โ€˜ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ if ( ๐‘– = ๐ผ , ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) , ( ๐‘– ๐‘€ ๐‘— ) ) ) ) )
29 18 28 eqtr4d โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐ท โ€˜ ๐‘€ ) = ( ๐‘… ฮฃg ( ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ( ๐ผ ๐‘€ ๐‘— ) ยท ( ๐‘— ( ๐พ โ€˜ ๐‘€ ) ๐ผ ) ) ) ) )