Metamath Proof Explorer


Theorem pm2mpcoe1

Description: A coefficient of the polynomial over matrices which is the result of the transformation of a polynomial matrix is the matrix consisting of the coefficients in the polynomial entries of the polynomial matrix. (Contributed by AV, 20-Oct-2019) (Revised by AV, 5-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses pm2mpval.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
pm2mpval.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
pm2mpval.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
pm2mpval.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
pm2mpval.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
pm2mpval.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐ด )
pm2mpval.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
pm2mpval.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
pm2mpval.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ pMatToMatPoly ๐‘… )
Assertion pm2mpcoe1 ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( coe1 โ€˜ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ) โ€˜ ๐พ ) = ( ๐‘€ decompPMat ๐พ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pm2mpval.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
2 pm2mpval.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
3 pm2mpval.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
4 pm2mpval.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
5 pm2mpval.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
6 pm2mpval.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐ด )
7 pm2mpval.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
8 pm2mpval.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
9 pm2mpval.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ pMatToMatPoly ๐‘… )
10 simpll โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ Fin )
11 simplr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
12 simprl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐ต )
13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pm2mpfval โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) )
14 10 11 12 13 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) )
15 14 fveq2d โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( coe1 โ€˜ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( coe1 โ€˜ ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) ) )
16 15 fveq1d โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( coe1 โ€˜ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ) โ€˜ ๐พ ) = ( ( coe1 โ€˜ ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) ) โ€˜ ๐พ ) )
17 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘„ ) = ( Base โ€˜ ๐‘„ )
18 7 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
19 18 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
20 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ด ) = ( Base โ€˜ ๐ด )
21 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐ด ) = ( 0g โ€˜ ๐ด )
22 11 adantr โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
23 12 adantr โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐ต )
24 simpr โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
25 1 2 3 7 20 decpmatcl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
26 22 23 24 25 syl3anc โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
27 26 ralrimiva โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
28 1 2 3 7 21 decpmatfsupp โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) )
29 28 ad2ant2lr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) )
30 simpr โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐พ โˆˆ โ„•0 )
31 30 adantl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐พ โˆˆ โ„•0 )
32 8 17 6 5 19 20 4 21 27 29 31 gsummoncoe1 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( coe1 โ€˜ ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) ) โ€˜ ๐พ ) = โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) )
33 csbov2g โŠข ( ๐พ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) = ( ๐‘€ decompPMat โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ๐‘˜ ) )
34 csbvarg โŠข ( ๐พ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ๐‘˜ = ๐พ )
35 34 oveq2d โŠข ( ๐พ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘€ decompPMat โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ๐‘˜ ) = ( ๐‘€ decompPMat ๐พ ) )
36 33 35 eqtrd โŠข ( ๐พ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) = ( ๐‘€ decompPMat ๐พ ) )
37 36 adantl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) = ( ๐‘€ decompPMat ๐พ ) )
38 37 adantl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ โฆ‹ ๐พ / ๐‘˜ โฆŒ ( ๐‘€ decompPMat ๐‘˜ ) = ( ๐‘€ decompPMat ๐พ ) )
39 16 32 38 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ๐ต โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( coe1 โ€˜ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘€ ) ) โ€˜ ๐พ ) = ( ๐‘€ decompPMat ๐พ ) )