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Theorem mamudir

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