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Theorem mat2pmatlin

Description: The transformation of matrices into polynomial matrices is "linear", analogous to lmhmlin . Since A and C have different scalar rings, T cannot be a left module homomorphism as defined in df-lmhm , see lmhmsca . (Contributed by AV, 13-Nov-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
mat2pmatlin.k ⊢ K = Base R
mat2pmatlin.s ⊢ S = algSc ⁡ P
mat2pmatlin.m ⊢ · ˙ = ⋅ A
mat2pmatlin.n ⊢ × ˙ = ⋅ C
Assertion mat2pmatlin ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → T ⁡ X · ˙ Y = S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y

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 mat2pmatlin.k ⊢ K = Base R
8 mat2pmatlin.s ⊢ S = algSc ⁡ P
9 mat2pmatlin.m ⊢ · ˙ = ⋅ A
10 mat2pmatlin.n ⊢ × ˙ = ⋅ C
11 simpr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → R ∈ CRing
12 4 ply1assa ⊢ R ∈ CRing → P ∈ AssAlg
13 eqid ⊢ Scalar ⁡ P = Scalar ⁡ P
14 8 13 asclrhm ⊢ P ∈ AssAlg → S ∈ Scalar ⁡ P RingHom P
15 11 12 14 3syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → S ∈ Scalar ⁡ P RingHom P
16 4 ply1sca ⊢ R ∈ CRing → R = Scalar ⁡ P
17 16 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → R = Scalar ⁡ P
18 17 oveq1d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → R RingHom P = Scalar ⁡ P RingHom P
19 15 18 eleqtrrd ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → S ∈ R RingHom P
20 19 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → S ∈ R RingHom P
21 20 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → S ∈ R RingHom P
22 7 eleq2i ⊢ X ∈ K ↔ X ∈ Base R
23 22 birani ⊢ X ∈ K ∧ Y ∈ B → X ∈ Base R
24 23 ad2antlr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → X ∈ Base R
25 eqid ⊢ Base R = Base R
26 simprl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ∈ N
27 simpr ⊢ i ∈ N ∧ j ∈ N → j ∈ N
28 27 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → j ∈ N
29 simplrr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → Y ∈ B
30 2 25 3 26 28 29 matecld ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i Y j ∈ Base R
31 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
32 eqid ⊢ ⋅ P = ⋅ P
33 25 31 32 rhmmul ⊢ S ∈ R RingHom P ∧ X ∈ Base R ∧ i Y j ∈ Base R → S ⁡ X ⋅ R i Y j = S ⁡ X ⋅ P S ⁡ i Y j
34 21 24 30 33 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → S ⁡ X ⋅ R i Y j = S ⁡ X ⋅ P S ⁡ i Y j
35 crngring ⊢ R ∈ CRing → R ∈ Ring
36 35 ad2antlr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → R ∈ Ring
37 36 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
38 simpr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → X ∈ K ∧ Y ∈ B
39 38 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → X ∈ K ∧ Y ∈ B
40 simpr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i ∈ N ∧ j ∈ N
41 2 3 7 9 31 matvscacell ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i X · ˙ Y j = X ⋅ R i Y j
42 37 39 40 41 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i X · ˙ Y j = X ⋅ R i Y j
43 42 fveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → S ⁡ i X · ˙ Y j = S ⁡ X ⋅ R i Y j
44 35 anim2i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring
45 simpr ⊢ X ∈ K ∧ Y ∈ B → Y ∈ B
46 44 45 anim12i ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ B
47 df-3an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ B ↔ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ B
48 46 47 sylibr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ B
49 1 2 3 4 8 mat2pmatvalel ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i T ⁡ Y j = S ⁡ i Y j
50 48 49 sylan ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i T ⁡ Y j = S ⁡ i Y j
51 50 oveq2d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → S ⁡ X ⋅ P i T ⁡ Y j = S ⁡ X ⋅ P S ⁡ i Y j
52 34 43 51 3eqtr4d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → S ⁡ i X · ˙ Y j = S ⁡ X ⋅ P i T ⁡ Y j
53 simpll ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → N ∈ Fin
54 53 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → N ∈ Fin
55 7 2 3 9 matvscl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → X · ˙ Y ∈ B
56 44 55 sylan ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → X · ˙ Y ∈ B
57 56 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → X · ˙ Y ∈ B
58 1 2 3 4 8 mat2pmatvalel ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X · ˙ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i T ⁡ X · ˙ Y j = S ⁡ i X · ˙ Y j
59 54 37 57 40 58 syl31anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i T ⁡ X · ˙ Y j = S ⁡ i X · ˙ Y j
60 4 ply1ring ⊢ R ∈ Ring → P ∈ Ring
61 35 60 syl ⊢ R ∈ CRing → P ∈ Ring
62 61 ad2antlr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → P ∈ Ring
63 62 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → P ∈ Ring
64 35 adantl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing → R ∈ Ring
65 simpl ⊢ X ∈ K ∧ Y ∈ B → X ∈ K
66 eqid ⊢ Base P = Base P
67 4 8 7 66 ply1sclcl ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ K → S ⁡ X ∈ Base P
68 64 65 67 syl2an ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → S ⁡ X ∈ Base P
69 1 2 3 4 5 6 mat2pmatbas0 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ Y ∈ B → T ⁡ Y ∈ H
70 48 69 syl ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → T ⁡ Y ∈ H
71 68 70 jca ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → S ⁡ X ∈ Base P ∧ T ⁡ Y ∈ H
72 71 adantr ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → S ⁡ X ∈ Base P ∧ T ⁡ Y ∈ H
73 5 6 66 10 32 matvscacell ⊢ P ∈ Ring ∧ S ⁡ X ∈ Base P ∧ T ⁡ Y ∈ H ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y j = S ⁡ X ⋅ P i T ⁡ Y j
74 63 72 40 73 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y j = S ⁡ X ⋅ P i T ⁡ Y j
75 52 59 74 3eqtr4d ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → i T ⁡ X · ˙ Y j = i S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y j
76 75 ralrimivva ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i T ⁡ X · ˙ Y j = i S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y j
77 1 2 3 4 5 6 mat2pmatbas0 ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ Ring ∧ X · ˙ Y ∈ B → T ⁡ X · ˙ Y ∈ H
78 53 36 56 77 syl3anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → T ⁡ X · ˙ Y ∈ H
79 66 5 6 10 matvscl ⊢ N ∈ Fin ∧ P ∈ Ring ∧ S ⁡ X ∈ Base P ∧ T ⁡ Y ∈ H → S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y ∈ H
80 53 62 71 79 syl21anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y ∈ H
81 5 6 eqmat ⊢ T ⁡ X · ˙ Y ∈ H ∧ S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y ∈ H → T ⁡ X · ˙ Y = S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i T ⁡ X · ˙ Y j = i S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y j
82 78 80 81 syl2anc ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → T ⁡ X · ˙ Y = S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y ↔ ∀ i ∈ N ∀ j ∈ N i T ⁡ X · ˙ Y j = i S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y j
83 76 82 mpbird ⊢ N ∈ Fin ∧ R ∈ CRing ∧ X ∈ K ∧ Y ∈ B → T ⁡ X · ˙ Y = S ⁡ X × ˙ T ⁡ Y