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Theorem dmatmulcl

Description: The product of two diagonal matrices is a diagonal matrix. (Contributed by AV, 20-Aug-2019) (Revised by AV, 18-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses dmatid.a ⊢ A = N Mat R
dmatid.b ⊢ B = Base A
dmatid.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
dmatid.d ⊢ D = N DMat R
Assertion dmatmulcl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → X ⋅ A Y ∈ D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dmatid.a ⊢ A = N Mat R
2 dmatid.b ⊢ B = Base A
3 dmatid.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
4 dmatid.d ⊢ D = N DMat R
5 oveq ⊢ m = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ → i m j = i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j
6 5 eqeq1d ⊢ m = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ → i m j = 0 ˙ ↔ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = 0 ˙
7 6 imbi2d ⊢ m = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ → i ≠ j → i m j = 0 ˙ ↔ i ≠ j → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = 0 ˙
8 7 2ralbidv ⊢ m = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i ≠ j → i m j = 0 ˙ ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i ≠ j → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = 0 ˙
9 eqid ⊢ Base R = Base R
10 simpll ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → N ∈ Fin
11 simplr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → R ∈ Ring
12 11 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → R ∈ Ring
13 eqid ⊢ Base A = Base A
14 simp2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x ∈ N
15 simp3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → y ∈ N
16 1 13 3 4 dmatmat ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → X ∈ D → X ∈ Base A
17 16 imp ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D → X ∈ Base A
18 17 adantrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → X ∈ Base A
19 18 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → X ∈ Base A
20 1 9 13 14 15 19 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x X y ∈ Base R
21 1 13 3 4 dmatmat ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → Y ∈ D → Y ∈ Base A
22 21 imp ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ D → Y ∈ Base A
23 22 adantrl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → Y ∈ Base A
24 23 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → Y ∈ Base A
25 1 9 13 14 15 24 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x Y y ∈ Base R
26 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
27 9 26 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ x X y ∈ Base R ∧ x Y y ∈ Base R → x X y ⋅ R x Y y ∈ Base R
28 12 20 25 27 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x X y ⋅ R x Y y ∈ Base R
29 9 3 ring0cl ⊢ R ∈ Ring → 0 ˙ ∈ Base R
30 29 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → 0 ˙ ∈ Base R
31 30 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → 0 ˙ ∈ Base R
32 31 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → 0 ˙ ∈ Base R
33 28 32 ifcld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ ∈ Base R
34 1 9 2 10 11 33 matbas2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ ∈ B
35 eqidd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙
36 eqeq12 ⊢ x = i ∧ y = j → x = y ↔ i = j
37 oveq12 ⊢ x = i ∧ y = j → x X y = i X j
38 oveq12 ⊢ x = i ∧ y = j → x Y y = i Y j
39 37 38 oveq12d ⊢ x = i ∧ y = j → x X y ⋅ R x Y y = i X j ⋅ R i Y j
40 36 39 ifbieq1d ⊢ x = i ∧ y = j → if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ = if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙
41 40 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j ∧ x = i ∧ y = j → if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ = if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙
42 simplrl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → i ∈ N
43 simplrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → j ∈ N
44 ovex ⊢ i X j ⋅ R i Y j ∈ V
45 3 fvexi ⊢ 0 ˙ ∈ V
46 44 45 ifex ⊢ if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙ ∈ V
47 46 a1i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙ ∈ V
48 35 41 42 43 47 ovmpod ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙
49 ifnefalse ⊢ i ≠ j → if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙ = 0 ˙
50 49 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → if i = j i X j ⋅ R i Y j 0 ˙ = 0 ˙
51 48 50 eqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ i ≠ j → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = 0 ˙
52 51 ex ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ≠ j → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = 0 ˙
53 52 ralrimivva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i ≠ j → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ j = 0 ˙
54 8 34 53 elrabd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙ ∈ m ∈ B | ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i ≠ j → i m j = 0 ˙
55 1 2 3 4 dmatmul ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → X ⋅ A Y = x ∈ N , y ∈ N ⟼ if x = y x X y ⋅ R x Y y 0 ˙
56 1 2 3 4 dmatval ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → D = m ∈ B | ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i ≠ j → i m j = 0 ˙
57 56 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → D = m ∈ B | ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i ≠ j → i m j = 0 ˙
58 54 55 57 3eltr4d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ D ∧ Y ∈ D → X ⋅ A Y ∈ D