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Theorem cpmadugsumfi

Description: The product of the characteristic matrix of a given matrix and its adjunct represented as finite sum. (Contributed by AV, 7-Nov-2019) (Proof shortened by AV, 29-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses cpmadugsum.a ⊢ A = N Mat R
cpmadugsum.b ⊢ B = Base A
cpmadugsum.p ⊢ P = Poly 1 ⁡ R
cpmadugsum.y ⊢ Y = N Mat P
cpmadugsum.t ⊢ T = N matToPolyMat R
cpmadugsum.x ⊢ X = var 1 ⁡ R
cpmadugsum.e ⊢ × ˙ = ⋅ mulGrp P
cpmadugsum.m ⊢ · ˙ = ⋅ Y
cpmadugsum.r ⊢ × ˙ = ⋅ Y
cpmadugsum.1 ⊢ 1 ˙ = 1 Y
cpmadugsum.g ⊢ + ˙ = + Y
cpmadugsum.s ⊢ - ˙ = - Y
cpmadugsum.i ⊢ I = X · ˙ 1 ˙ - ˙ T ⁡ M
cpmadugsum.j ⊢ J = N maAdju P
Assertion cpmadugsumfi ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → ∃ s ∈ ℕ ∃ b ∈ B 0 … s I × ˙ J ⁡ I = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cpmadugsum.a ⊢ A = N Mat R
2 cpmadugsum.b ⊢ B = Base A
3 cpmadugsum.p ⊢ P = Poly 1 ⁡ R
4 cpmadugsum.y ⊢ Y = N Mat P
5 cpmadugsum.t ⊢ T = N matToPolyMat R
6 cpmadugsum.x ⊢ X = var 1 ⁡ R
7 cpmadugsum.e ⊢ × ˙ = ⋅ mulGrp P
8 cpmadugsum.m ⊢ · ˙ = ⋅ Y
9 cpmadugsum.r ⊢ × ˙ = ⋅ Y
10 cpmadugsum.1 ⊢ 1 ˙ = 1 Y
11 cpmadugsum.g ⊢ + ˙ = + Y
12 cpmadugsum.s ⊢ - ˙ = - Y
13 cpmadugsum.i ⊢ I = X · ˙ 1 ˙ - ˙ T ⁡ M
14 cpmadugsum.j ⊢ J = N maAdju P
15 oveq2 ⊢ J ⁡ I = ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n → I × ˙ J ⁡ I = I × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n
16 13 a1i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → I = X · ˙ 1 ˙ - ˙ T ⁡ M
17 16 oveq1d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → I × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = X · ˙ 1 ˙ - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n
18 eqid ⊢ Base Y = Base Y
19 crngring ⊢ R ∈ CRing → R ∈ Ring
20 19 anim2i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring
21 20 3adant3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring
22 21 ad2antrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring
23 3 4 pmatring ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → Y ∈ Ring
24 22 23 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → Y ∈ Ring
25 3 4 pmatlmod ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → Y ∈ LMod
26 19 25 sylan2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → Y ∈ LMod
27 19 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → R ∈ Ring
28 eqid ⊢ Base P = Base P
29 6 3 28 vr1cl ⊢ R ∈ Ring → X ∈ Base P
30 27 29 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → X ∈ Base P
31 3 ply1crng ⊢ R ∈ CRing → P ∈ CRing
32 4 matsca2 ⊢ N ∈ Fin ∧ P ∈ CRing → P = Scalar ⁡ Y
33 31 32 sylan2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → P = Scalar ⁡ Y
34 33 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → Base P = Base Scalar ⁡ Y
35 30 34 eleqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → X ∈ Base Scalar ⁡ Y
36 19 23 sylan2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → Y ∈ Ring
37 18 10 ringidcl ⊢ Y ∈ Ring → 1 ˙ ∈ Base Y
38 36 37 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → 1 ˙ ∈ Base Y
39 eqid ⊢ Scalar ⁡ Y = Scalar ⁡ Y
40 eqid ⊢ Base Scalar ⁡ Y = Base Scalar ⁡ Y
41 18 39 8 40 lmodvscl ⊢ Y ∈ LMod ∧ X ∈ Base Scalar ⁡ Y ∧ 1 ˙ ∈ Base Y → X · ˙ 1 ˙ ∈ Base Y
42 26 35 38 41 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → X · ˙ 1 ˙ ∈ Base Y
43 42 3adant3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → X · ˙ 1 ˙ ∈ Base Y
44 43 ad2antrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → X · ˙ 1 ˙ ∈ Base Y
45 5 1 2 3 4 mat2pmatbas ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ B → T ⁡ M ∈ Base Y
46 19 45 syl3an2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → T ⁡ M ∈ Base Y
47 46 ad2antrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → T ⁡ M ∈ Base Y
48 ringcmn ⊢ Y ∈ Ring → Y ∈ CMnd
49 36 48 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → Y ∈ CMnd
50 49 3adant3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → Y ∈ CMnd
51 50 ad2antrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → Y ∈ CMnd
52 fzfid ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → 0 … s ∈ Fin
53 21 ad3antrrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s ∧ n ∈ 0 … s → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring
54 elmapi ⊢ b ∈ B 0 … s → b : 0 … s ⟶ B
55 ffvelcdm ⊢ b : 0 … s ⟶ B ∧ n ∈ 0 … s → b ⁡ n ∈ B
56 55 ex ⊢ b : 0 … s ⟶ B → n ∈ 0 … s → b ⁡ n ∈ B
57 54 56 syl ⊢ b ∈ B 0 … s → n ∈ 0 … s → b ⁡ n ∈ B
58 57 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → n ∈ 0 … s → b ⁡ n ∈ B
59 58 imp ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s ∧ n ∈ 0 … s → b ⁡ n ∈ B
60 elfznn0 ⊢ n ∈ 0 … s → n ∈ ℕ 0
61 60 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s ∧ n ∈ 0 … s → n ∈ ℕ 0
62 1 2 5 3 4 18 8 7 6 mat2pmatscmxcl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ b ⁡ n ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n ∈ Base Y
63 53 59 61 62 syl12anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s ∧ n ∈ 0 … s → n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n ∈ Base Y
64 63 ralrimiva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → ∀ n ∈ 0 … s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n ∈ Base Y
65 18 51 52 64 gsummptcl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n ∈ Base Y
66 18 9 12 24 44 47 65 ringsubdir ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → X · ˙ 1 ˙ - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n
67 oveq1 ⊢ n = i → n × ˙ X = i × ˙ X
68 2fveq3 ⊢ n = i → T ⁡ b ⁡ n = T ⁡ b ⁡ i
69 67 68 oveq12d ⊢ n = i → n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i
70 69 cbvmptv ⊢ n ∈ 0 … s ⟼ n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = i ∈ 0 … s ⟼ i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i
71 70 oveq2i ⊢ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i
72 71 oveq2i ⊢ X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i
73 71 oveq2i ⊢ T ⁡ M × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = T ⁡ M × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i
74 72 73 oveq12i ⊢ X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i
75 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 cpmadugsumlemF ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0
76 75 anassrs ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y i = 0 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0
77 74 76 eqtrid ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → X · ˙ 1 ˙ × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n - ˙ T ⁡ M × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0
78 17 66 77 3eqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s → I × ˙ ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0
79 15 78 sylan9eqr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B ∧ s ∈ ℕ ∧ b ∈ B 0 … s ∧ J ⁡ I = ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n → I × ˙ J ⁡ I = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0
80 4 14 18 maduf ⊢ P ∈ CRing → J : Base Y ⟶ Base Y
81 31 80 syl ⊢ R ∈ CRing → J : Base Y ⟶ Base Y
82 81 3ad2ant2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → J : Base Y ⟶ Base Y
83 1 2 3 4 6 5 12 8 10 13 chmatcl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ B → I ∈ Base Y
84 19 83 syl3an2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → I ∈ Base Y
85 82 84 ffvelcdmd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → J ⁡ I ∈ Base Y
86 3 4 18 8 7 6 5 1 2 pmatcollpw3fi1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ J ⁡ I ∈ Base Y → ∃ s ∈ ℕ ∃ b ∈ B 0 … s J ⁡ I = ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n
87 85 86 syld3an3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → ∃ s ∈ ℕ ∃ b ∈ B 0 … s J ⁡ I = ∑ Y n = 0 s n × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ n
88 79 87 reximddv2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ M ∈ B → ∃ s ∈ ℕ ∃ b ∈ B 0 … s I × ˙ J ⁡ I = ∑ Y i = 1 s i × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ i − 1 - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ i + ˙ s + 1 × ˙ X · ˙ T ⁡ b ⁡ s - ˙ T ⁡ M × ˙ T ⁡ b ⁡ 0