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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 = ( 0g𝑅 )
scmatid.s 𝑆 = ( 𝑁 ScMat 𝑅 )
scmatsgrp1.d 𝐷 = ( 𝑁 DMat 𝑅 )
scmatsgrp1.c 𝐶 = ( 𝐴s 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 = ( 0g𝑅 )
5 scmatid.s 𝑆 = ( 𝑁 ScMat 𝑅 )
6 scmatsgrp1.d 𝐷 = ( 𝑁 DMat 𝑅 )
7 scmatsgrp1.c 𝐶 = ( 𝐴s 𝐷 )
8 1 2 3 4 5 6 scmatdmat ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑥𝑆𝑥𝐷 ) )
9 8 ssrdv ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆𝐷 )
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 ) → ( 1r𝐴 ) ∈ 𝑆 )
17 16 ne0d ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ≠ ∅ )
18 11 adantr ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) ) → 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) )
19 8 com12 ( 𝑥𝑆 → ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑥𝐷 ) )
20 19 adantr ( ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) → ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑥𝐷 ) )
21 20 impcom ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) ) → 𝑥𝐷 )
22 1 2 3 4 5 6 scmatdmat ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑦𝑆𝑦𝐷 ) )
23 22 a1d ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑥𝑆 → ( 𝑦𝑆𝑦𝐷 ) ) )
24 23 imp32 ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) ) → 𝑦𝐷 )
25 eqid ( -g𝐴 ) = ( -g𝐴 )
26 eqid ( -g𝐶 ) = ( -g𝐶 )
27 25 7 26 subgsub ( ( 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) ∧ 𝑥𝐷𝑦𝐷 ) → ( 𝑥 ( -g𝐴 ) 𝑦 ) = ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 𝑦 ) )
28 27 eqcomd ( ( 𝐷 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐴 ) ∧ 𝑥𝐷𝑦𝐷 ) → ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 𝑦 ) = ( 𝑥 ( -g𝐴 ) 𝑦 ) )
29 18 21 24 28 syl3anc ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) ) → ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 𝑦 ) = ( 𝑥 ( -g𝐴 ) 𝑦 ) )
30 1 2 3 4 5 scmatsubcl ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) ) → ( 𝑥 ( -g𝐴 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 )
31 29 30 eqeltrd ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑥𝑆𝑦𝑆 ) ) → ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 )
32 31 ralrimivva ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ∀ 𝑥𝑆𝑦𝑆 ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 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 34 35 syl ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝐶 ∈ Ring )
37 ringgrp ( 𝐶 ∈ Ring → 𝐶 ∈ Grp )
38 eqid ( Base ‘ 𝐶 ) = ( Base ‘ 𝐶 )
39 38 26 issubg4 ( 𝐶 ∈ Grp → ( 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) ↔ ( 𝑆 ⊆ ( Base ‘ 𝐶 ) ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑥𝑆𝑦𝑆 ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 ) ) )
40 36 37 39 3syl ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) ↔ ( 𝑆 ⊆ ( Base ‘ 𝐶 ) ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑥𝑆𝑦𝑆 ( 𝑥 ( -g𝐶 ) 𝑦 ) ∈ 𝑆 ) ) )
41 15 17 32 40 mpbir3and ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑆 ∈ ( SubGrp ‘ 𝐶 ) )