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Theorem 1mavmul

Description: Multiplication of the identity NxN matrix with an N-dimensional vector results in the vector itself. (Contributed by AV, 9-Feb-2019) (Revised by AV, 23-Feb-2019)

Ref Expression
Hypotheses 1mavmul.a ⊢ A = N Mat R
1mavmul.b ⊢ B = Base R
1mavmul.t ⊢ · ˙ = R maVecMul N N
1mavmul.r ⊢ φ → R ∈ Ring
1mavmul.n ⊢ φ → N ∈ Fin
1mavmul.y ⊢ φ → Y ∈ B N
Assertion 1mavmul ⊢ φ → 1 A · ˙ Y = Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1mavmul.a ⊢ A = N Mat R
2 1mavmul.b ⊢ B = Base R
3 1mavmul.t ⊢ · ˙ = R maVecMul N N
4 1mavmul.r ⊢ φ → R ∈ Ring
5 1mavmul.n ⊢ φ → N ∈ Fin
6 1mavmul.y ⊢ φ → Y ∈ B N
7 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
8 eqid ⊢ Base A = Base A
9 1 fveq2i ⊢ 1 A = 1 N Mat R
10 1 8 9 mat1bas ⊢ R ∈ Ring ∧ N ∈ Fin → 1 A ∈ Base A
11 4 5 10 syl2anc ⊢ φ → 1 A ∈ Base A
12 1 3 2 7 4 5 11 6 mavmulval ⊢ φ → 1 A · ˙ Y = i ∈ N ⟼ ∑ R j ∈ N i 1 A j ⋅ R Y ⁡ j
13 eqid ⊢ 1 R = 1 R
14 eqid ⊢ 0 R = 0 R
15 1 13 14 mat1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → 1 A = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R
16 5 4 15 syl2anc ⊢ φ → 1 A = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R
17 16 oveqdr ⊢ φ ∧ i ∈ N → i 1 A j = i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j
18 17 oveq1d ⊢ φ ∧ i ∈ N → i 1 A j ⋅ R Y ⁡ j = i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j
19 18 mpteq2dv ⊢ φ ∧ i ∈ N → j ∈ N ⟼ i 1 A j ⋅ R Y ⁡ j = j ∈ N ⟼ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j
20 19 oveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ N → ∑ R j ∈ N i 1 A j ⋅ R Y ⁡ j = ∑ R j ∈ N i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j
21 eqidd ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R
22 eqeq12 ⊢ x = i ∧ y = j → x = y ↔ i = j
23 22 ifbid ⊢ x = i ∧ y = j → if x = y 1 R 0 R = if i = j 1 R 0 R
24 23 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ x = i ∧ y = j → if x = y 1 R 0 R = if i = j 1 R 0 R
25 simpr ⊢ φ ∧ i ∈ N → i ∈ N
26 25 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ∈ N
27 simpr ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → j ∈ N
28 fvexd ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 1 R ∈ V
29 fvexd ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 0 R ∈ V
30 28 29 ifcld ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ∈ V
31 21 24 26 27 30 ovmpod ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j = if i = j 1 R 0 R
32 31 oveq1d ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j = if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j
33 iftrue ⊢ i = j → if i = j 1 R 0 R = 1 R
34 33 adantr ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R = 1 R
35 34 oveq1d ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = 1 R ⋅ R Y ⁡ j
36 4 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ N → R ∈ Ring
37 36 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
38 2 fvexi ⊢ B ∈ V
39 38 a1i ⊢ φ → B ∈ V
40 39 5 elmapd ⊢ φ → Y ∈ B N ↔ Y : N ⟶ B
41 ffvelcdm ⊢ Y : N ⟶ B ∧ j ∈ N → Y ⁡ j ∈ B
42 41 ex ⊢ Y : N ⟶ B → j ∈ N → Y ⁡ j ∈ B
43 40 42 biimtrdi ⊢ φ → Y ∈ B N → j ∈ N → Y ⁡ j ∈ B
44 6 43 mpd ⊢ φ → j ∈ N → Y ⁡ j ∈ B
45 44 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ N → j ∈ N → Y ⁡ j ∈ B
46 45 imp ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → Y ⁡ j ∈ B
47 2 7 13 ringlidm ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ⁡ j ∈ B → 1 R ⋅ R Y ⁡ j = Y ⁡ j
48 37 46 47 syl2anc ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 1 R ⋅ R Y ⁡ j = Y ⁡ j
49 48 adantl ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 1 R ⋅ R Y ⁡ j = Y ⁡ j
50 fveq2 ⊢ j = i → Y ⁡ j = Y ⁡ i
51 50 equcoms ⊢ i = j → Y ⁡ j = Y ⁡ i
52 51 adantr ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → Y ⁡ j = Y ⁡ i
53 35 49 52 3eqtrd ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = Y ⁡ i
54 iftrue ⊢ j = i → if j = i Y ⁡ i 0 R = Y ⁡ i
55 54 equcoms ⊢ i = j → if j = i Y ⁡ i 0 R = Y ⁡ i
56 55 adantr ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if j = i Y ⁡ i 0 R = Y ⁡ i
57 53 56 eqtr4d ⊢ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = if j = i Y ⁡ i 0 R
58 iffalse ⊢ ¬ i = j → if i = j 1 R 0 R = 0 R
59 58 oveq1d ⊢ ¬ i = j → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = 0 R ⋅ R Y ⁡ j
60 59 adantr ⊢ ¬ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = 0 R ⋅ R Y ⁡ j
61 2 7 14 ringlz ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ⁡ j ∈ B → 0 R ⋅ R Y ⁡ j = 0 R
62 37 46 61 syl2anc ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 0 R ⋅ R Y ⁡ j = 0 R
63 62 adantl ⊢ ¬ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 0 R ⋅ R Y ⁡ j = 0 R
64 eqcom ⊢ i = j ↔ j = i
65 iffalse ⊢ ¬ j = i → if j = i Y ⁡ i 0 R = 0 R
66 64 65 sylnbi ⊢ ¬ i = j → if j = i Y ⁡ i 0 R = 0 R
67 66 eqcomd ⊢ ¬ i = j → 0 R = if j = i Y ⁡ i 0 R
68 67 adantr ⊢ ¬ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → 0 R = if j = i Y ⁡ i 0 R
69 60 63 68 3eqtrd ⊢ ¬ i = j ∧ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = if j = i Y ⁡ i 0 R
70 57 69 pm2.61ian ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = j 1 R 0 R ⋅ R Y ⁡ j = if j = i Y ⁡ i 0 R
71 32 70 eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j = if j = i Y ⁡ i 0 R
72 71 mpteq2dva ⊢ φ ∧ i ∈ N → j ∈ N ⟼ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j = j ∈ N ⟼ if j = i Y ⁡ i 0 R
73 72 oveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ N → ∑ R j ∈ N i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y 1 R 0 R j ⋅ R Y ⁡ j = ∑ R j ∈ N if j = i Y ⁡ i 0 R
74 ringmnd ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Mnd
75 4 74 syl ⊢ φ → R ∈ Mnd
76 75 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ N → R ∈ Mnd
77 5 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ N → N ∈ Fin
78 eqid ⊢ j ∈ N ⟼ if j = i Y ⁡ i 0 R = j ∈ N ⟼ if j = i Y ⁡ i 0 R
79 ffvelcdm ⊢ Y : N ⟶ B ∧ i ∈ N → Y ⁡ i ∈ B
80 79 2 eleqtrdi ⊢ Y : N ⟶ B ∧ i ∈ N → Y ⁡ i ∈ Base R
81 80 ex ⊢ Y : N ⟶ B → i ∈ N → Y ⁡ i ∈ Base R
82 40 81 biimtrdi ⊢ φ → Y ∈ B N → i ∈ N → Y ⁡ i ∈ Base R
83 6 82 mpd ⊢ φ → i ∈ N → Y ⁡ i ∈ Base R
84 83 imp ⊢ φ ∧ i ∈ N → Y ⁡ i ∈ Base R
85 14 76 77 25 78 84 gsummptif1n0 ⊢ φ ∧ i ∈ N → ∑ R j ∈ N if j = i Y ⁡ i 0 R = Y ⁡ i
86 20 73 85 3eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ N → ∑ R j ∈ N i 1 A j ⋅ R Y ⁡ j = Y ⁡ i
87 86 mpteq2dva ⊢ φ → i ∈ N ⟼ ∑ R j ∈ N i 1 A j ⋅ R Y ⁡ j = i ∈ N ⟼ Y ⁡ i
88 ffn ⊢ Y : N ⟶ B → Y Fn N
89 40 88 biimtrdi ⊢ φ → Y ∈ B N → Y Fn N
90 6 89 mpd ⊢ φ → Y Fn N
91 eqcom ⊢ i ∈ N ⟼ Y ⁡ i = Y ↔ Y = i ∈ N ⟼ Y ⁡ i
92 dffn5 ⊢ Y Fn N ↔ Y = i ∈ N ⟼ Y ⁡ i
93 91 92 bitr4i ⊢ i ∈ N ⟼ Y ⁡ i = Y ↔ Y Fn N
94 90 93 sylibr ⊢ φ → i ∈ N ⟼ Y ⁡ i = Y
95 12 87 94 3eqtrd ⊢ φ → 1 A · ˙ Y = Y