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Theorem mamudi

Description: Matrix multiplication distributes over addition on the left. (Contributed by Stefan O'Rear, 5-Sep-2015) (Proof shortened by AV, 23-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses mamucl.b ⊢ B = Base R
mamucl.r ⊢ φ → R ∈ Ring
mamudi.f ⊢ F = R maMul M N O
mamudi.m ⊢ φ → M ∈ Fin
mamudi.n ⊢ φ → N ∈ Fin
mamudi.o ⊢ φ → O ∈ Fin
mamudi.p ⊢ + ˙ = + R
mamudi.x ⊢ φ → X ∈ B M × N
mamudi.y ⊢ φ → Y ∈ B M × N
mamudi.z ⊢ φ → Z ∈ B N × O
Assertion mamudi ⊢ φ → X + ˙ f Y F Z = X F Z + ˙ f Y F Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mamucl.b ⊢ B = Base R
2 mamucl.r ⊢ φ → R ∈ Ring
3 mamudi.f ⊢ F = R maMul M N O
4 mamudi.m ⊢ φ → M ∈ Fin
5 mamudi.n ⊢ φ → N ∈ Fin
6 mamudi.o ⊢ φ → O ∈ Fin
7 mamudi.p ⊢ + ˙ = + R
8 mamudi.x ⊢ φ → X ∈ B M × N
9 mamudi.y ⊢ φ → Y ∈ B M × N
10 mamudi.z ⊢ φ → Z ∈ B N × O
11 ringcmn ⊢ R ∈ Ring → R ∈ CMnd
12 2 11 syl ⊢ φ → R ∈ CMnd
13 12 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → R ∈ CMnd
14 5 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → N ∈ Fin
15 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
16 elmapi ⊢ X ∈ B M × N → X : M × N ⟶ B
17 8 16 syl ⊢ φ → X : M × N ⟶ B
18 17 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → X : M × N ⟶ B
19 simplrl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i ∈ M
20 simpr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → j ∈ N
21 18 19 20 fovcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j ∈ B
22 elmapi ⊢ Z ∈ B N × O → Z : N × O ⟶ B
23 10 22 syl ⊢ φ → Z : N × O ⟶ B
24 23 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Z : N × O ⟶ B
25 simplrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → k ∈ O
26 24 20 25 fovcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → j Z k ∈ B
27 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
28 1 27 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ i X j ∈ B ∧ j Z k ∈ B → i X j ⋅ R j Z k ∈ B
29 15 21 26 28 syl3anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j ⋅ R j Z k ∈ B
30 elmapi ⊢ Y ∈ B M × N → Y : M × N ⟶ B
31 9 30 syl ⊢ φ → Y : M × N ⟶ B
32 31 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Y : M × N ⟶ B
33 32 19 20 fovcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i Y j ∈ B
34 1 27 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ i Y j ∈ B ∧ j Z k ∈ B → i Y j ⋅ R j Z k ∈ B
35 15 33 26 34 syl3anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i Y j ⋅ R j Z k ∈ B
36 eqid ⊢ j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k
37 eqid ⊢ j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k
38 1 7 13 14 29 35 36 37 gsummptfidmadd2 ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → ∑ R j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k + ˙ f j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k = ∑ R j ∈ N i X j ⋅ R j Z k + ˙ ∑ R j ∈ N i Y j ⋅ R j Z k
39 8 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → X ∈ B M × N
40 ffn ⊢ X : M × N ⟶ B → X Fn M × N
41 39 16 40 3syl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → X Fn M × N
42 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Y ∈ B M × N
43 ffn ⊢ Y : M × N ⟶ B → Y Fn M × N
44 42 30 43 3syl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Y Fn M × N
45 xpfi ⊢ M ∈ Fin ∧ N ∈ Fin → M × N ∈ Fin
46 4 5 45 syl2anc ⊢ φ → M × N ∈ Fin
47 46 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → M × N ∈ Fin
48 opelxpi ⊢ i ∈ M ∧ j ∈ N → i j ∈ M × N
49 48 adantlr ⊢ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i j ∈ M × N
50 49 adantll ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i j ∈ M × N
51 fnfvof ⊢ X Fn M × N ∧ Y Fn M × N ∧ M × N ∈ Fin ∧ i j ∈ M × N → X + ˙ f Y ⁡ i j = X ⁡ i j + ˙ Y ⁡ i j
52 41 44 47 50 51 syl22anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → X + ˙ f Y ⁡ i j = X ⁡ i j + ˙ Y ⁡ i j
53 df-ov ⊢ i X + ˙ f Y j = X + ˙ f Y ⁡ i j
54 df-ov ⊢ i X j = X ⁡ i j
55 df-ov ⊢ i Y j = Y ⁡ i j
56 54 55 oveq12i ⊢ i X j + ˙ i Y j = X ⁡ i j + ˙ Y ⁡ i j
57 52 53 56 3eqtr4g ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X + ˙ f Y j = i X j + ˙ i Y j
58 57 oveq1d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k = i X j + ˙ i Y j ⋅ R j Z k
59 1 7 27 ringdir ⊢ R ∈ Ring ∧ i X j ∈ B ∧ i Y j ∈ B ∧ j Z k ∈ B → i X j + ˙ i Y j ⋅ R j Z k = i X j ⋅ R j Z k + ˙ i Y j ⋅ R j Z k
60 15 21 33 26 59 syl13anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j + ˙ i Y j ⋅ R j Z k = i X j ⋅ R j Z k + ˙ i Y j ⋅ R j Z k
61 58 60 eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k = i X j ⋅ R j Z k + ˙ i Y j ⋅ R j Z k
62 61 mpteq2dva ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → j ∈ N ⟼ i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k + ˙ i Y j ⋅ R j Z k
63 eqidd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k
64 eqidd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k
65 14 29 35 63 64 offval2 ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k + ˙ f j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k + ˙ i Y j ⋅ R j Z k
66 62 65 eqtr4d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → j ∈ N ⟼ i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k = j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k + ˙ f j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k
67 66 oveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → ∑ R j ∈ N i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k = ∑ R j ∈ N ⟼ i X j ⋅ R j Z k + ˙ f j ∈ N ⟼ i Y j ⋅ R j Z k
68 2 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → R ∈ Ring
69 4 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → M ∈ Fin
70 6 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → O ∈ Fin
71 8 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → X ∈ B M × N
72 10 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → Z ∈ B N × O
73 simprl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i ∈ M
74 simprr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → k ∈ O
75 3 1 27 68 69 14 70 71 72 73 74 mamufv ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X F Z k = ∑ R j ∈ N i X j ⋅ R j Z k
76 9 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → Y ∈ B M × N
77 3 1 27 68 69 14 70 76 72 73 74 mamufv ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i Y F Z k = ∑ R j ∈ N i Y j ⋅ R j Z k
78 75 77 oveq12d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X F Z k + ˙ i Y F Z k = ∑ R j ∈ N i X j ⋅ R j Z k + ˙ ∑ R j ∈ N i Y j ⋅ R j Z k
79 38 67 78 3eqtr4d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → ∑ R j ∈ N i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k = i X F Z k + ˙ i Y F Z k
80 ringmnd ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Mnd
81 2 80 syl ⊢ φ → R ∈ Mnd
82 1 7 mndvcl ⊢ R ∈ Mnd ∧ X ∈ B M × N ∧ Y ∈ B M × N → X + ˙ f Y ∈ B M × N
83 81 8 9 82 syl3anc ⊢ φ → X + ˙ f Y ∈ B M × N
84 83 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → X + ˙ f Y ∈ B M × N
85 3 1 27 68 69 14 70 84 72 73 74 mamufv ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X + ˙ f Y F Z k = ∑ R j ∈ N i X + ˙ f Y j ⋅ R j Z k
86 1 2 3 4 5 6 8 10 mamucl ⊢ φ → X F Z ∈ B M × O
87 elmapi ⊢ X F Z ∈ B M × O → X F Z : M × O ⟶ B
88 ffn ⊢ X F Z : M × O ⟶ B → X F Z Fn M × O
89 86 87 88 3syl ⊢ φ → X F Z Fn M × O
90 89 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → X F Z Fn M × O
91 1 2 3 4 5 6 9 10 mamucl ⊢ φ → Y F Z ∈ B M × O
92 elmapi ⊢ Y F Z ∈ B M × O → Y F Z : M × O ⟶ B
93 ffn ⊢ Y F Z : M × O ⟶ B → Y F Z Fn M × O
94 91 92 93 3syl ⊢ φ → Y F Z Fn M × O
95 94 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → Y F Z Fn M × O
96 xpfi ⊢ M ∈ Fin ∧ O ∈ Fin → M × O ∈ Fin
97 4 6 96 syl2anc ⊢ φ → M × O ∈ Fin
98 97 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → M × O ∈ Fin
99 opelxpi ⊢ i ∈ M ∧ k ∈ O → i k ∈ M × O
100 99 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i k ∈ M × O
101 fnfvof ⊢ X F Z Fn M × O ∧ Y F Z Fn M × O ∧ M × O ∈ Fin ∧ i k ∈ M × O → X F Z + ˙ f Y F Z ⁡ i k = X F Z ⁡ i k + ˙ Y F Z ⁡ i k
102 90 95 98 100 101 syl22anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → X F Z + ˙ f Y F Z ⁡ i k = X F Z ⁡ i k + ˙ Y F Z ⁡ i k
103 df-ov ⊢ i X F Z + ˙ f Y F Z k = X F Z + ˙ f Y F Z ⁡ i k
104 df-ov ⊢ i X F Z k = X F Z ⁡ i k
105 df-ov ⊢ i Y F Z k = Y F Z ⁡ i k
106 104 105 oveq12i ⊢ i X F Z k + ˙ i Y F Z k = X F Z ⁡ i k + ˙ Y F Z ⁡ i k
107 102 103 106 3eqtr4g ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X F Z + ˙ f Y F Z k = i X F Z k + ˙ i Y F Z k
108 79 85 107 3eqtr4d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X + ˙ f Y F Z k = i X F Z + ˙ f Y F Z k
109 108 ralrimivva ⊢ φ → ∀ i ∈ M ∀ k ∈ O i X + ˙ f Y F Z k = i X F Z + ˙ f Y F Z k
110 1 2 3 4 5 6 83 10 mamucl ⊢ φ → X + ˙ f Y F Z ∈ B M × O
111 elmapi ⊢ X + ˙ f Y F Z ∈ B M × O → X + ˙ f Y F Z : M × O ⟶ B
112 ffn ⊢ X + ˙ f Y F Z : M × O ⟶ B → X + ˙ f Y F Z Fn M × O
113 110 111 112 3syl ⊢ φ → X + ˙ f Y F Z Fn M × O
114 1 7 mndvcl ⊢ R ∈ Mnd ∧ X F Z ∈ B M × O ∧ Y F Z ∈ B M × O → X F Z + ˙ f Y F Z ∈ B M × O
115 81 86 91 114 syl3anc ⊢ φ → X F Z + ˙ f Y F Z ∈ B M × O
116 elmapi ⊢ X F Z + ˙ f Y F Z ∈ B M × O → X F Z + ˙ f Y F Z : M × O ⟶ B
117 ffn ⊢ X F Z + ˙ f Y F Z : M × O ⟶ B → X F Z + ˙ f Y F Z Fn M × O
118 115 116 117 3syl ⊢ φ → X F Z + ˙ f Y F Z Fn M × O
119 eqfnov2 ⊢ X + ˙ f Y F Z Fn M × O ∧ X F Z + ˙ f Y F Z Fn M × O → X + ˙ f Y F Z = X F Z + ˙ f Y F Z ↔ ∀ i ∈ M ∀ k ∈ O i X + ˙ f Y F Z k = i X F Z + ˙ f Y F Z k
120 113 118 119 syl2anc ⊢ φ → X + ˙ f Y F Z = X F Z + ˙ f Y F Z ↔ ∀ i ∈ M ∀ k ∈ O i X + ˙ f Y F Z k = i X F Z + ˙ f Y F Z k
121 109 120 mpbird ⊢ φ → X + ˙ f Y F Z = X F Z + ˙ f Y F Z