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Theorem mat2pmatghm

Description: The transformation of matrices into polynomial matrices is an additive group homomorphism. (Contributed by AV, 28-Oct-2019) (Proof shortened by AV, 28-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses mat2pmatbas.t ⊢ T = N matToPolyMat R
mat2pmatbas.a ⊢ A = N Mat R
mat2pmatbas.b ⊢ B = Base A
mat2pmatbas.p ⊢ P = Poly 1 ⁡ R
mat2pmatbas.c ⊢ C = N Mat P
mat2pmatbas0.h ⊢ H = Base C
Assertion mat2pmatghm ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → T ∈ A GrpHom C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mat2pmatbas.t ⊢ T = N matToPolyMat R
2 mat2pmatbas.a ⊢ A = N Mat R
3 mat2pmatbas.b ⊢ B = Base A
4 mat2pmatbas.p ⊢ P = Poly 1 ⁡ R
5 mat2pmatbas.c ⊢ C = N Mat P
6 mat2pmatbas0.h ⊢ H = Base C
7 eqid ⊢ + A = + A
8 eqid ⊢ + C = + C
9 2 matgrp ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → A ∈ Grp
10 4 5 pmatring ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → C ∈ Ring
11 ringgrp ⊢ C ∈ Ring → C ∈ Grp
12 10 11 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → C ∈ Grp
13 1 2 3 4 5 6 mat2pmatf ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → T : B ⟶ H
14 eqid ⊢ Base P = Base P
15 simpl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → N ∈ Fin
16 15 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin
17 4 ply1ring ⊢ R ∈ Ring → P ∈ Ring
18 17 ad2antlr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → P ∈ Ring
19 simp1lr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
20 eqid ⊢ Base R = Base R
21 simp2 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ∈ N
22 simp3 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → j ∈ N
23 simp1rl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → x ∈ B
24 2 20 3 21 22 23 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x j ∈ Base R
25 eqid ⊢ algSc ⁡ P = algSc ⁡ P
26 4 25 20 14 ply1sclcl ⊢ R ∈ Ring ∧ i x j ∈ Base R → algSc ⁡ P ⁡ i x j ∈ Base P
27 19 24 26 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i x j ∈ Base P
28 5 14 6 16 18 27 matbas2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j ∈ H
29 simp1rr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → y ∈ B
30 2 20 3 21 22 29 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i y j ∈ Base R
31 4 25 20 14 ply1sclcl ⊢ R ∈ Ring ∧ i y j ∈ Base R → algSc ⁡ P ⁡ i y j ∈ Base P
32 19 30 31 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i y j ∈ Base P
33 5 14 6 16 18 32 matbas2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j ∈ H
34 eqid ⊢ + P = + P
35 5 6 8 34 matplusg2 ⊢ i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j ∈ H ∧ i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j ∈ H → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + C i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + P f i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
36 28 33 35 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + C i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + P f i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
37 fvexd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i x j ∈ V
38 fvexd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i y j ∈ V
39 eqidd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j
40 eqidd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
41 16 16 37 38 39 40 offval22 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + P f i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + P algSc ⁡ P ⁡ i y j
42 simpr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B ∧ y ∈ B
43 42 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → x ∈ B ∧ y ∈ B
44 3simpc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ∈ N ∧ j ∈ N
45 eqid ⊢ + R = + R
46 2 3 7 45 matplusgcell ⊢ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x + A y j = i x j + R i y j
47 43 44 46 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x + A y j = i x j + R i y j
48 4 ply1sca ⊢ R ∈ Ring → R = Scalar ⁡ P
49 48 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → R = Scalar ⁡ P
50 49 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → + R = + Scalar ⁡ P
51 50 oveqd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → i x j + R i y j = i x j + Scalar ⁡ P i y j
52 51 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i x j + R i y j = i x j + Scalar ⁡ P i y j
53 52 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x j + R i y j = i x j + Scalar ⁡ P i y j
54 47 53 eqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x + A y j = i x j + Scalar ⁡ P i y j
55 54 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j = algSc ⁡ P ⁡ i x j + Scalar ⁡ P i y j
56 eqid ⊢ Scalar ⁡ P = Scalar ⁡ P
57 18 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → P ∈ Ring
58 4 ply1lmod ⊢ R ∈ Ring → P ∈ LMod
59 58 ad2antlr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → P ∈ LMod
60 59 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → P ∈ LMod
61 25 56 57 60 asclghm ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ∈ Scalar ⁡ P GrpHom P
62 49 eqcomd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → Scalar ⁡ P = R
63 62 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → Base Scalar ⁡ P = Base R
64 63 eleq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → i x j ∈ Base Scalar ⁡ P ↔ i x j ∈ Base R
65 64 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i x j ∈ Base Scalar ⁡ P ↔ i x j ∈ Base R
66 65 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x j ∈ Base Scalar ⁡ P ↔ i x j ∈ Base R
67 24 66 mpbird ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i x j ∈ Base Scalar ⁡ P
68 63 eleq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → i y j ∈ Base Scalar ⁡ P ↔ i y j ∈ Base R
69 68 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i y j ∈ Base Scalar ⁡ P ↔ i y j ∈ Base R
70 69 3ad2ant1 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i y j ∈ Base Scalar ⁡ P ↔ i y j ∈ Base R
71 30 70 mpbird ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i y j ∈ Base Scalar ⁡ P
72 eqid ⊢ Base Scalar ⁡ P = Base Scalar ⁡ P
73 eqid ⊢ + Scalar ⁡ P = + Scalar ⁡ P
74 72 73 34 ghmlin ⊢ algSc ⁡ P ∈ Scalar ⁡ P GrpHom P ∧ i x j ∈ Base Scalar ⁡ P ∧ i y j ∈ Base Scalar ⁡ P → algSc ⁡ P ⁡ i x j + Scalar ⁡ P i y j = algSc ⁡ P ⁡ i x j + P algSc ⁡ P ⁡ i y j
75 61 67 71 74 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i x j + Scalar ⁡ P i y j = algSc ⁡ P ⁡ i x j + P algSc ⁡ P ⁡ i y j
76 55 75 eqtr2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → algSc ⁡ P ⁡ i x j + P algSc ⁡ P ⁡ i y j = algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j
77 76 mpoeq3dva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + P algSc ⁡ P ⁡ i y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j
78 41 77 eqtrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + P f i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j
79 36 78 eqtr2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + C i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
80 simpl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring
81 2 matring ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → A ∈ Ring
82 ringmnd ⊢ A ∈ Ring → A ∈ Mnd
83 81 82 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → A ∈ Mnd
84 83 anim1i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → A ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B
85 3anass ⊢ A ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ↔ A ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B
86 84 85 sylibr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → A ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B
87 3 7 mndcl ⊢ A ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + A y ∈ B
88 86 87 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + A y ∈ B
89 df-3an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x + A y ∈ B ↔ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x + A y ∈ B
90 80 88 89 sylanbrc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x + A y ∈ B
91 1 2 3 4 25 mat2pmatval ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x + A y ∈ B → T ⁡ x + A y = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j
92 90 91 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → T ⁡ x + A y = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x + A y j
93 simpl ⊢ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
94 93 anim2i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B
95 df-3an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ↔ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B
96 94 95 sylibr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B
97 1 2 3 4 25 mat2pmatval ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B → T ⁡ x = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j
98 96 97 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → T ⁡ x = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j
99 simpr ⊢ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
100 99 anim2i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ B
101 df-3an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ B ↔ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ B
102 100 101 sylibr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ B
103 1 2 3 4 25 mat2pmatval ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ y ∈ B → T ⁡ y = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
104 102 103 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → T ⁡ y = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
105 98 104 oveq12d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → T ⁡ x + C T ⁡ y = i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i x j + C i ∈ N , j ∈ N ⟼ algSc ⁡ P ⁡ i y j
106 79 92 105 3eqtr4d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → T ⁡ x + A y = T ⁡ x + C T ⁡ y
107 3 6 7 8 9 12 13 106 isghmd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring → T ∈ A GrpHom C