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Theorem mamuvs2

Description: Matrix multiplication distributes over scalar multiplication on the left. (Contributed by Stefan O'Rear, 5-Sep-2015) (Proof shortened by AV, 22-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses mamuvs2.r ⊢ φ → R ∈ CRing
mamuvs2.b ⊢ B = Base R
mamuvs2.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
mamuvs2.f ⊢ F = R maMul M N O
mamuvs2.m ⊢ φ → M ∈ Fin
mamuvs2.n ⊢ φ → N ∈ Fin
mamuvs2.o ⊢ φ → O ∈ Fin
mamuvs2.x ⊢ φ → X ∈ B M × N
mamuvs2.y ⊢ φ → Y ∈ B
mamuvs2.z ⊢ φ → Z ∈ B N × O
Assertion mamuvs2 ⊢ φ → X F N × O × Y · ˙ f Z = M × O × Y · ˙ f X F Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mamuvs2.r ⊢ φ → R ∈ CRing
2 mamuvs2.b ⊢ B = Base R
3 mamuvs2.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
4 mamuvs2.f ⊢ F = R maMul M N O
5 mamuvs2.m ⊢ φ → M ∈ Fin
6 mamuvs2.n ⊢ φ → N ∈ Fin
7 mamuvs2.o ⊢ φ → O ∈ Fin
8 mamuvs2.x ⊢ φ → X ∈ B M × N
9 mamuvs2.y ⊢ φ → Y ∈ B
10 mamuvs2.z ⊢ φ → Z ∈ B N × O
11 df-ov ⊢ j N × O × Y · ˙ f Z k = N × O × Y · ˙ f Z ⁡ j k
12 simpr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → j ∈ N
13 simplrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → k ∈ O
14 opelxpi ⊢ j ∈ N ∧ k ∈ O → j k ∈ N × O
15 12 13 14 syl2anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → j k ∈ N × O
16 xpfi ⊢ N ∈ Fin ∧ O ∈ Fin → N × O ∈ Fin
17 6 7 16 syl2anc ⊢ φ → N × O ∈ Fin
18 17 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → N × O ∈ Fin
19 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Y ∈ B
20 elmapi ⊢ Z ∈ B N × O → Z : N × O ⟶ B
21 ffn ⊢ Z : N × O ⟶ B → Z Fn N × O
22 10 20 21 3syl ⊢ φ → Z Fn N × O
23 22 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Z Fn N × O
24 df-ov ⊢ j Z k = Z ⁡ j k
25 24 eqcomi ⊢ Z ⁡ j k = j Z k
26 25 a1i ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N ∧ j k ∈ N × O → Z ⁡ j k = j Z k
27 18 19 23 26 ofc1 ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N ∧ j k ∈ N × O → N × O × Y · ˙ f Z ⁡ j k = Y · ˙ j Z k
28 15 27 mpdan ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → N × O × Y · ˙ f Z ⁡ j k = Y · ˙ j Z k
29 11 28 eqtrid ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → j N × O × Y · ˙ f Z k = Y · ˙ j Z k
30 29 oveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j · ˙ j N × O × Y · ˙ f Z k = i X j · ˙ Y · ˙ j Z k
31 eqid ⊢ mulGrp R = mulGrp R
32 31 crngmgp ⊢ R ∈ CRing → mulGrp R ∈ CMnd
33 1 32 syl ⊢ φ → mulGrp R ∈ CMnd
34 33 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → mulGrp R ∈ CMnd
35 elmapi ⊢ X ∈ B M × N → X : M × N ⟶ B
36 8 35 syl ⊢ φ → X : M × N ⟶ B
37 36 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → X : M × N ⟶ B
38 simplrl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i ∈ M
39 37 38 12 fovcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j ∈ B
40 10 20 syl ⊢ φ → Z : N × O ⟶ B
41 40 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → Z : N × O ⟶ B
42 41 12 13 fovcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → j Z k ∈ B
43 31 2 mgpbas ⊢ B = Base mulGrp R
44 31 3 mgpplusg ⊢ · ˙ = + mulGrp R
45 43 44 cmn12 ⊢ mulGrp R ∈ CMnd ∧ i X j ∈ B ∧ Y ∈ B ∧ j Z k ∈ B → i X j · ˙ Y · ˙ j Z k = Y · ˙ i X j · ˙ j Z k
46 34 39 19 42 45 syl13anc ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j · ˙ Y · ˙ j Z k = Y · ˙ i X j · ˙ j Z k
47 30 46 eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j · ˙ j N × O × Y · ˙ f Z k = Y · ˙ i X j · ˙ j Z k
48 47 mpteq2dva ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → j ∈ N ⟼ i X j · ˙ j N × O × Y · ˙ f Z k = j ∈ N ⟼ Y · ˙ i X j · ˙ j Z k
49 48 oveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j N × O × Y · ˙ f Z k = ∑ R j ∈ N Y · ˙ i X j · ˙ j Z k
50 eqid ⊢ 0 R = 0 R
51 crngring ⊢ R ∈ CRing → R ∈ Ring
52 1 51 syl ⊢ φ → R ∈ Ring
53 52 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → R ∈ Ring
54 6 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → N ∈ Fin
55 9 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → Y ∈ B
56 52 ad2antrr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
57 2 3 56 39 42 ringcld ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j · ˙ j Z k ∈ B
58 eqid ⊢ j ∈ N ⟼ i X j · ˙ j Z k = j ∈ N ⟼ i X j · ˙ j Z k
59 ovexd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ j ∈ N → i X j · ˙ j Z k ∈ V
60 fvexd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → 0 R ∈ V
61 58 54 59 60 fsuppmptdm ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → finSupp 0 R⁡ j ∈ N ⟼ i X j · ˙ j Z k
62 2 50 3 53 54 55 57 61 gsummulc2 ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → ∑ R j ∈ N Y · ˙ i X j · ˙ j Z k = Y · ˙ ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
63 49 62 eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j N × O × Y · ˙ f Z k = Y · ˙ ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
64 1 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → R ∈ CRing
65 5 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → M ∈ Fin
66 7 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → O ∈ Fin
67 8 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → X ∈ B M × N
68 fconst6g ⊢ Y ∈ B → N × O × Y : N × O ⟶ B
69 9 68 syl ⊢ φ → N × O × Y : N × O ⟶ B
70 2 fvexi ⊢ B ∈ V
71 elmapg ⊢ B ∈ V ∧ N × O ∈ Fin → N × O × Y ∈ B N × O ↔ N × O × Y : N × O ⟶ B
72 70 17 71 sylancr ⊢ φ → N × O × Y ∈ B N × O ↔ N × O × Y : N × O ⟶ B
73 69 72 mpbird ⊢ φ → N × O × Y ∈ B N × O
74 2 3 ringvcl ⊢ R ∈ Ring ∧ N × O × Y ∈ B N × O ∧ Z ∈ B N × O → N × O × Y · ˙ f Z ∈ B N × O
75 52 73 10 74 syl3anc ⊢ φ → N × O × Y · ˙ f Z ∈ B N × O
76 75 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → N × O × Y · ˙ f Z ∈ B N × O
77 simprl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i ∈ M
78 simprr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → k ∈ O
79 4 2 3 64 65 54 66 67 76 77 78 mamufv ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X F N × O × Y · ˙ f Z k = ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j N × O × Y · ˙ f Z k
80 df-ov ⊢ i M × O × Y · ˙ f X F Z k = M × O × Y · ˙ f X F Z ⁡ i k
81 opelxpi ⊢ i ∈ M ∧ k ∈ O → i k ∈ M × O
82 81 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i k ∈ M × O
83 xpfi ⊢ M ∈ Fin ∧ O ∈ Fin → M × O ∈ Fin
84 5 7 83 syl2anc ⊢ φ → M × O ∈ Fin
85 84 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → M × O ∈ Fin
86 2 52 4 5 6 7 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 df-ov ⊢ i X F Z k = X F Z ⁡ i k
92 10 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → Z ∈ B N × O
93 4 2 3 64 65 54 66 67 92 77 78 mamufv ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X F Z k = ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
94 91 93 eqtr3id ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → X F Z ⁡ i k = ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
95 94 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ i k ∈ M × O → X F Z ⁡ i k = ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
96 85 55 90 95 ofc1 ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O ∧ i k ∈ M × O → M × O × Y · ˙ f X F Z ⁡ i k = Y · ˙ ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
97 82 96 mpdan ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → M × O × Y · ˙ f X F Z ⁡ i k = Y · ˙ ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
98 80 97 eqtrid ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i M × O × Y · ˙ f X F Z k = Y · ˙ ∑ R j ∈ N i X j · ˙ j Z k
99 63 79 98 3eqtr4d ⊢ φ ∧ i ∈ M ∧ k ∈ O → i X F N × O × Y · ˙ f Z k = i M × O × Y · ˙ f X F Z k
100 99 ralrimivva ⊢ φ → ∀ i ∈ M ∀ k ∈ O i X F N × O × Y · ˙ f Z k = i M × O × Y · ˙ f X F Z k
101 2 52 4 5 6 7 8 75 mamucl ⊢ φ → X F N × O × Y · ˙ f Z ∈ B M × O
102 elmapi ⊢ X F N × O × Y · ˙ f Z ∈ B M × O → X F N × O × Y · ˙ f Z : M × O ⟶ B
103 ffn ⊢ X F N × O × Y · ˙ f Z : M × O ⟶ B → X F N × O × Y · ˙ f Z Fn M × O
104 101 102 103 3syl ⊢ φ → X F N × O × Y · ˙ f Z Fn M × O
105 fconst6g ⊢ Y ∈ B → M × O × Y : M × O ⟶ B
106 9 105 syl ⊢ φ → M × O × Y : M × O ⟶ B
107 elmapg ⊢ B ∈ V ∧ M × O ∈ Fin → M × O × Y ∈ B M × O ↔ M × O × Y : M × O ⟶ B
108 70 84 107 sylancr ⊢ φ → M × O × Y ∈ B M × O ↔ M × O × Y : M × O ⟶ B
109 106 108 mpbird ⊢ φ → M × O × Y ∈ B M × O
110 2 3 ringvcl ⊢ R ∈ Ring ∧ M × O × Y ∈ B M × O ∧ X F Z ∈ B M × O → M × O × Y · ˙ f X F Z ∈ B M × O
111 52 109 86 110 syl3anc ⊢ φ → M × O × Y · ˙ f X F Z ∈ B M × O
112 elmapi ⊢ M × O × Y · ˙ f X F Z ∈ B M × O → M × O × Y · ˙ f X F Z : M × O ⟶ B
113 ffn ⊢ M × O × Y · ˙ f X F Z : M × O ⟶ B → M × O × Y · ˙ f X F Z Fn M × O
114 111 112 113 3syl ⊢ φ → M × O × Y · ˙ f X F Z Fn M × O
115 eqfnov2 ⊢ X F N × O × Y · ˙ f Z Fn M × O ∧ M × O × Y · ˙ f X F Z Fn M × O → X F N × O × Y · ˙ f Z = M × O × Y · ˙ f X F Z ↔ ∀ i ∈ M ∀ k ∈ O i X F N × O × Y · ˙ f Z k = i M × O × Y · ˙ f X F Z k
116 104 114 115 syl2anc ⊢ φ → X F N × O × Y · ˙ f Z = M × O × Y · ˙ f X F Z ↔ ∀ i ∈ M ∀ k ∈ O i X F N × O × Y · ˙ f Z k = i M × O × Y · ˙ f X F Z k
117 100 116 mpbird ⊢ φ → X F N × O × Y · ˙ f Z = M × O × Y · ˙ f X F Z