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Theorem m2cpminvid2

Description: The transformation applied to the inverse transformation of a constant polynomial matrix over the ring R results in the matrix itself. (Contributed by AV, 12-Nov-2019) (Revised by AV, 14-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses m2cpminvid2.s ⊢ S = N ConstPolyMat R
m2cpminvid2.i ⊢ I = N cPolyMatToMat R
m2cpminvid2.t ⊢ T = N matToPolyMat R
Assertion m2cpminvid2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → T ⁡ I ⁡ M = M

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 m2cpminvid2.s ⊢ S = N ConstPolyMat R
2 m2cpminvid2.i ⊢ I = N cPolyMatToMat R
3 m2cpminvid2.t ⊢ T = N matToPolyMat R
4 2 1 cpm2mval ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → I ⁡ M = x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
5 4 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → T ⁡ I ⁡ M = T ⁡ x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
6 simp1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → N ∈ Fin
7 simp2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → R ∈ Ring
8 eqid ⊢ N Mat R = N Mat R
9 eqid ⊢ Base R = Base R
10 eqid ⊢ Base N Mat R = Base N Mat R
11 eqid ⊢ N Mat Poly 1 ⁡ R = N Mat Poly 1 ⁡ R
12 eqid ⊢ Base Poly 1 ⁡ R = Base Poly 1 ⁡ R
13 eqid ⊢ Base N Mat Poly 1 ⁡ R = Base N Mat Poly 1 ⁡ R
14 simp2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x ∈ N
15 simp3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → y ∈ N
16 eqid ⊢ Poly 1 ⁡ R = Poly 1 ⁡ R
17 1 16 11 13 cpmatpmat ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → M ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R
18 17 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → M ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R
19 11 12 13 14 15 18 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x M y ∈ Base Poly 1 ⁡ R
20 0nn0 ⊢ 0 ∈ ℕ 0
21 eqid ⊢ coe 1 ⁡ x M y = coe 1 ⁡ x M y
22 21 12 16 9 coe1fvalcl ⊢ x M y ∈ Base Poly 1 ⁡ R ∧ 0 ∈ ℕ 0 → coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base R
23 19 20 22 sylancl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base R
24 8 9 10 6 7 23 matbas2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base N Mat R
25 eqid ⊢ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R
26 3 8 10 16 25 mat2pmatval ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base N Mat R → T ⁡ x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 j
27 6 7 24 26 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → T ⁡ x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 j
28 eqidd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
29 oveq12 ⊢ x = i ∧ y = j → x M y = i M j
30 29 fveq2d ⊢ x = i ∧ y = j → coe 1 ⁡ x M y = coe 1 ⁡ i M j
31 30 fveq1d ⊢ x = i ∧ y = j → coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
32 31 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N ∧ x = i ∧ y = j → coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
33 simp2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ∈ N
34 simp3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → j ∈ N
35 fvexd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ V
36 28 32 33 34 35 ovmpod ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 j = coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
37 36 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 j = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
38 37 mpoeq3dva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ i x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
39 27 38 eqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → T ⁡ x ∈ N , y ∈ N ⟼ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
40 1 16 m2cpminvid2lem ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → ∀ n ∈ ℕ 0 coe 1 ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ⁡ n = coe 1 ⁡ x M y ⁡ n
41 simpl2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → R ∈ Ring
42 simprl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x ∈ N
43 simprr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → y ∈ N
44 17 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → M ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R
45 11 12 13 42 43 44 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x M y ∈ Base Poly 1 ⁡ R
46 45 20 22 sylancl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base R
47 16 25 9 12 ply1sclcl ⊢ R ∈ Ring ∧ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base R → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base Poly 1 ⁡ R
48 41 46 47 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base Poly 1 ⁡ R
49 eqid ⊢ coe 1 ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = coe 1 ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
50 16 12 49 21 ply1coe1eq ⊢ R ∈ Ring ∧ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base Poly 1 ⁡ R ∧ x M y ∈ Base Poly 1 ⁡ R → ∀ n ∈ ℕ 0 coe 1 ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ⁡ n = coe 1 ⁡ x M y ⁡ n ↔ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y
51 50 bicomd ⊢ R ∈ Ring ∧ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ Base Poly 1 ⁡ R ∧ x M y ∈ Base Poly 1 ⁡ R → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y ↔ ∀ n ∈ ℕ 0 coe 1 ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ⁡ n = coe 1 ⁡ x M y ⁡ n
52 41 48 45 51 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y ↔ ∀ n ∈ ℕ 0 coe 1 ⁡ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ⁡ n = coe 1 ⁡ x M y ⁡ n
53 40 52 mpbird ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y
54 53 ralrimivva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → ∀ x ∈ N ∀ y ∈ N algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y
55 eqidd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0
56 oveq12 ⊢ i = x ∧ j = y → i M j = x M y
57 56 fveq2d ⊢ i = x ∧ j = y → coe 1 ⁡ i M j = coe 1 ⁡ x M y
58 57 fveq1d ⊢ i = x ∧ j = y → coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
59 58 fveq2d ⊢ i = x ∧ j = y → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
60 59 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N ∧ i = x ∧ j = y → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
61 simplr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x ∈ N
62 simpr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → y ∈ N
63 fvexd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 ∈ V
64 55 60 61 62 63 ovmpod ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0
65 64 eqeq1d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = x M y ↔ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y
66 65 anasss ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ x ∈ N ∧ y ∈ N → x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = x M y ↔ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y
67 66 2ralbidva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → ∀ x ∈ N ∀ y ∈ N x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = x M y ↔ ∀ x ∈ N ∀ y ∈ N algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ x M y ⁡ 0 = x M y
68 54 67 mpbird ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → ∀ x ∈ N ∀ y ∈ N x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = x M y
69 fvexd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → Poly 1 ⁡ R ∈ V
70 7 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
71 17 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → M ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R
72 11 12 13 33 34 71 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i M j ∈ Base Poly 1 ⁡ R
73 eqid ⊢ coe 1 ⁡ i M j = coe 1 ⁡ i M j
74 73 12 16 9 coe1fvalcl ⊢ i M j ∈ Base Poly 1 ⁡ R ∧ 0 ∈ ℕ 0 → coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base R
75 72 20 74 sylancl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base R
76 16 25 9 12 ply1sclcl ⊢ R ∈ Ring ∧ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base R → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base Poly 1 ⁡ R
77 70 75 76 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base Poly 1 ⁡ R
78 11 12 13 6 69 77 matbas2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R
79 11 13 eqmat ⊢ i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R ∧ M ∈ Base N Mat Poly 1 ⁡ R → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = M ↔ ∀ x ∈ N ∀ y ∈ N x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = x M y
80 78 17 79 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = M ↔ ∀ x ∈ N ∀ y ∈ N x i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 y = x M y
81 68 80 mpbird ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ Poly 1 ⁡ R ⁡ coe 1 ⁡ i M j ⁡ 0 = M
82 5 39 81 3eqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ M ∈ S → T ⁡ I ⁡ M = M