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Theorem scmatsgrp1

Description: The set of scalar matrices is a subgroup of the group/ring of diagonal matrices. (Contributed by AV, 21-Aug-2019)

Ref Expression
Hypotheses scmatid.a ⊢ 𝐴 = ( 𝑁 Mat 𝑅 )
scmatid.b ⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝐴 )
scmatid.e ⊢ 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
scmatid.0 ⊢ 0 = ( 0g ‘ 𝑅 )
scmatid.s ⊢ 𝑆 = ( 𝑁 ScMat 𝑅 )
scmatsgrp1.d ⊢ 𝐷 = ( 𝑁 DMat 𝑅 )
scmatsgrp1.c ⊢ 𝐶 = ( 𝐴 ↾s 𝐷 )
Assertion scmatsgrp1 ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 scmatid.a ⊢ 𝐴 = ( 𝑁 Mat 𝑅 )
2 scmatid.b ⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝐴 )
3 scmatid.e ⊢ 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
4 scmatid.0 ⊢ 0 = ( 0g ‘ 𝑅 )
5 scmatid.s ⊢ 𝑆 = ( 𝑁 ScMat 𝑅 )
6 scmatsgrp1.d ⊢ 𝐷 = ( 𝑁 DMat 𝑅 )
7 scmatsgrp1.c ⊢ 𝐶 = ( 𝐴 ↾s 𝐷 )
8 1 2 3 4 5 6 scmatdmat ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑥 ∈ 𝑆 → 𝑥 ∈ 𝐷 ) )
9 8 ssrdv ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ⊆ 𝐷 )
10 1 2 4 6 dmatsgrp ⊢ ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑁 ∈ Fin ) → 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) )
11 10 ancoms ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) )
12 7 subgbas ⊢ ( 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) → 𝐷 = ( Base ‘ 𝐶 ) )
13 12 eqcomd ⊢ ( 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) → ( Base ‘ 𝐶 ) = 𝐷 )
14 11 13 syl ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( Base ‘ 𝐶 ) = 𝐷 )
15 9 14 sseqtrrd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ⊆ ( Base ‘ 𝐶 ) )
16 1 2 3 4 5 scmatid ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝑆 )
17 16 ne0d ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ≠ ∅ )
18 11 adantr ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) ) → 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) )
19 8 com12 ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝑆 → ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑥 ∈ 𝐷 ) )
20 19 adantr ⊢ ( ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) → ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑥 ∈ 𝐷 ) )
21 20 impcom ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) ) → 𝑥 ∈ 𝐷 )
22 1 2 3 4 5 6 scmatdmat ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑦 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ 𝐷 ) )
23 22 a1d ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑥 ∈ 𝑆 → ( 𝑦 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ 𝐷 ) ) )
24 23 imp32 ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) ) → 𝑦 ∈ 𝐷 )
25 eqid ⊢ ( -g ‘ 𝐴 ) = ( -g ‘ 𝐴 )
26 eqid ⊢ ( -g ‘ 𝐶 ) = ( -g ‘ 𝐶 )
27 25 7 26 subgsub ⊢ ( ( 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑦 ∈ 𝐷 ) → ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐴 ) 𝑦 ) = ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) )
28 27 eqcomd ⊢ ( ( 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑦 ∈ 𝐷 ) → ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) = ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐴 ) 𝑦 ) )
29 18 21 24 28 syl3anc ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) ) → ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) = ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐴 ) 𝑦 ) )
30 1 2 3 4 5 scmatsubcl ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) ) → ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐴 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 )
31 29 30 eqeltrd ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ) ) → ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 )
32 31 ralrimivva ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ∀ 𝑥 ∈ 𝑆 ∀ 𝑦 ∈ 𝑆 ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 )
33 1 2 4 6 dmatsrng ⊢ ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑁 ∈ Fin ) → 𝐷 ∈ ( SubRing ‘ 𝐴 ) )
34 33 ancoms ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝐷 ∈ ( SubRing ‘ 𝐴 ) )
35 7 subrgring ⊢ ( 𝐷 ∈ ( SubRing ‘ 𝐴 ) → 𝐶 ∈ Ring )
36 ringgrp ⊢ ( 𝐶 ∈ Ring → 𝐶 ∈ Grp )
37 eqid ⊢ ( Base ‘ 𝐶 ) = ( Base ‘ 𝐶 )
38 37 26 issubg4 ⊢ ( 𝐶 ∈ Grp → ( 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) ↔ ( 𝑆 ⊆ ( Base ‘ 𝐶 ) ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑆 ∀ 𝑦 ∈ 𝑆 ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 ) ) )
39 34 35 36 38 4syl ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) ↔ ( 𝑆 ⊆ ( Base ‘ 𝐶 ) ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑆 ∀ 𝑦 ∈ 𝑆 ( 𝑥 ( -g ‘ 𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 ) ) )
40 15 17 32 39 mpbir3and ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) )