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Theorem mat2pmatmul

Description: The transformation of matrices into polynomial matrices preserves the multiplication. (Contributed by AV, 29-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 mat2pmatmul N Fin R CRing x B y B T x A y = T x C 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 eqid R maMul N N N = R maMul N N N
8 2 7 matmulr N Fin R CRing R maMul N N N = A
9 8 eqcomd N Fin R CRing A = R maMul N N N
10 9 oveqdr N Fin R CRing x B y B x A y = x R maMul N N N y
11 eqid Base R = Base R
12 eqid R = R
13 crngring R CRing R Ring
14 13 ad2antlr N Fin R CRing x B y B R Ring
15 simpll N Fin R CRing x B y B N Fin
16 3 eleq2i x B x Base A
17 16 biimpi x B x Base A
18 17 adantr x B y B x Base A
19 18 adantl N Fin R CRing x B y B x Base A
20 2 11 matbas2 N Fin R CRing Base R N × N = Base A
21 20 adantr N Fin R CRing x B y B Base R N × N = Base A
22 19 21 eleqtrrd N Fin R CRing x B y B x Base R N × N
23 3 eleq2i y B y Base A
24 23 biimpi y B y Base A
25 24 ad2antll N Fin R CRing x B y B y Base A
26 20 eleq2d N Fin R CRing y Base R N × N y Base A
27 26 adantr N Fin R CRing x B y B y Base R N × N y Base A
28 25 27 mpbird N Fin R CRing x B y B y Base R N × N
29 7 11 12 14 15 15 15 22 28 mamuval N Fin R CRing x B y B x R maMul N N N y = i N , j N R m N i x m R m y j
30 10 29 eqtrd N Fin R CRing x B y B x A y = i N , j N R m N i x m R m y j
31 30 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N x A y = i N , j N R m N i x m R m y j
32 oveq1 i = k i x m = k x m
33 oveq2 j = l m y j = m y l
34 32 33 oveqan12d i = k j = l i x m R m y j = k x m R m y l
35 34 mpteq2dv i = k j = l m N i x m R m y j = m N k x m R m y l
36 35 oveq2d i = k j = l R m N i x m R m y j = R m N k x m R m y l
37 36 adantl N Fin R CRing x B y B k N l N i = k j = l R m N i x m R m y j = R m N k x m R m y l
38 simp2 N Fin R CRing x B y B k N l N k N
39 simp3 N Fin R CRing x B y B k N l N l N
40 ovexd N Fin R CRing x B y B k N l N R m N k x m R m y l V
41 31 37 38 39 40 ovmpod N Fin R CRing x B y B k N l N k x A y l = R m N k x m R m y l
42 41 fveq2d N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P k x A y l = algSc P R m N k x m R m y l
43 eqid 0 R = 0 R
44 ringcmn R Ring R CMnd
45 13 44 syl R CRing R CMnd
46 45 ad2antlr N Fin R CRing x B y B R CMnd
47 46 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N R CMnd
48 4 ply1ring R Ring P Ring
49 13 48 syl R CRing P Ring
50 ringmnd P Ring P Mnd
51 49 50 syl R CRing P Mnd
52 51 ad2antlr N Fin R CRing x B y B P Mnd
53 52 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N P Mnd
54 15 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N N Fin
55 eqid algSc P = algSc P
56 eqid Scalar P = Scalar P
57 49 adantl N Fin R CRing P Ring
58 4 ply1lmod R Ring P LMod
59 13 58 syl R CRing P LMod
60 59 adantl N Fin R CRing P LMod
61 55 56 57 60 asclghm N Fin R CRing algSc P Scalar P GrpHom P
62 4 ply1sca R CRing R = Scalar P
63 62 adantl N Fin R CRing R = Scalar P
64 63 oveq1d N Fin R CRing R GrpHom P = Scalar P GrpHom P
65 61 64 eleqtrrd N Fin R CRing algSc P R GrpHom P
66 ghmmhm algSc P R GrpHom P algSc P R MndHom P
67 65 66 syl N Fin R CRing algSc P R MndHom P
68 67 adantr N Fin R CRing x B y B algSc P R MndHom P
69 68 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P R MndHom P
70 14 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N R Ring
71 70 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N R Ring
72 38 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N k N
73 simpr N Fin R CRing x B y B k N l N m N m N
74 19 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N x Base A
75 74 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N x Base A
76 75 16 sylibr N Fin R CRing x B y B k N l N m N x B
77 2 11 3 72 73 76 matecld N Fin R CRing x B y B k N l N m N k x m Base R
78 39 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N l N
79 2 fveq2i Base A = Base N Mat R
80 3 79 eqtri B = Base N Mat R
81 80 eleq2i y B y Base N Mat R
82 81 biimpi y B y Base N Mat R
83 82 ad2antll N Fin R CRing x B y B y Base N Mat R
84 83 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N y Base N Mat R
85 84 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y Base N Mat R
86 85 81 sylibr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y B
87 2 11 3 73 78 86 matecld N Fin R CRing x B y B k N l N m N m y l Base R
88 11 12 ringcl R Ring k x m Base R m y l Base R k x m R m y l Base R
89 71 77 87 88 syl3anc N Fin R CRing x B y B k N l N m N k x m R m y l Base R
90 eqid m N k x m R m y l = m N k x m R m y l
91 ovexd N Fin R CRing x B y B k N l N m N k x m R m y l V
92 fvexd N Fin R CRing x B y B k N l N 0 R V
93 90 54 91 92 fsuppmptdm N Fin R CRing x B y B k N l N finSupp 0 R m N k x m R m y l
94 11 43 47 53 54 69 89 93 gsummptmhm N Fin R CRing x B y B k N l N P m N algSc P k x m R m y l = algSc P R m N k x m R m y l
95 4 ply1assa R CRing P AssAlg
96 95 adantl N Fin R CRing P AssAlg
97 55 56 asclrhm P AssAlg algSc P Scalar P RingHom P
98 96 97 syl N Fin R CRing algSc P Scalar P RingHom P
99 63 oveq1d N Fin R CRing R RingHom P = Scalar P RingHom P
100 98 99 eleqtrrd N Fin R CRing algSc P R RingHom P
101 100 adantr N Fin R CRing x B y B algSc P R RingHom P
102 101 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P R RingHom P
103 102 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N algSc P R RingHom P
104 25 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B k N l N y Base A
105 104 adantr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y Base A
106 105 23 sylibr N Fin R CRing x B y B k N l N m N y B
107 2 11 3 73 78 106 matecld N Fin R CRing x B y B k N l N m N m y l Base R
108 eqid P = P
109 11 12 108 rhmmul algSc P R RingHom P k x m Base R m y l Base R algSc P k x m R m y l = algSc P k x m P algSc P m y l
110 103 77 107 109 syl3anc N Fin R CRing x B y B k N l N m N algSc P k x m R m y l = algSc P k x m P algSc P m y l
111 110 mpteq2dva N Fin R CRing x B y B k N l N m N algSc P k x m R m y l = m N algSc P k x m P algSc P m y l
112 111 oveq2d N Fin R CRing x B y B k N l N P m N algSc P k x m R m y l = P m N algSc P k x m P algSc P m y l
113 42 94 112 3eqtr2d N Fin R CRing x B y B k N l N algSc P k x A y l = P m N algSc P k x m P algSc P m y l
114 113 mpoeq3dva N Fin R CRing x B y B k N , l N algSc P k x A y l = k N , l N P m N algSc P k x m P algSc P m y l
115 eqid Base P = Base P
116 eqid C = C
117 49 ad2antlr N Fin R CRing x B y B P Ring
118 eqid i N , j N algSc P i x j = i N , j N algSc P i x j
119 eqid i N , j N algSc P i y j = i N , j N algSc P i y j
120 14 3ad2ant1 N Fin R CRing x B y B i N j N R Ring
121 simp2 N Fin R CRing x B y B i N j N i N
122 simp3 N Fin R CRing x B y B i N j N j N
123 simp1rl N Fin R CRing x B y B i N j N x B
124 2 11 3 121 122 123 matecld N Fin R CRing x B y B i N j N i x j Base R
125 4 55 11 115 ply1sclcl R Ring i x j Base R algSc P i x j Base P
126 120 124 125 syl2anc N Fin R CRing x B y B i N j N algSc P i x j Base P
127 simp1rr N Fin R CRing x B y B i N j N y B
128 2 11 3 121 122 127 matecld N Fin R CRing x B y B i N j N i y j Base R
129 4 55 11 115 ply1sclcl R Ring i y j Base R algSc P i y j Base P
130 120 128 129 syl2anc N Fin R CRing x B y B i N j N algSc P i y j Base P
131 oveq12 k = i m = j k x m = i x j
132 131 fveq2d k = i m = j algSc P k x m = algSc P i x j
133 132 adantl N Fin R CRing x B y B k = i m = j algSc P k x m = algSc P i x j
134 oveq12 m = i l = j m y l = i y j
135 134 fveq2d m = i l = j algSc P m y l = algSc P i y j
136 135 adantl N Fin R CRing x B y B m = i l = j algSc P m y l = algSc P i y j
137 fvexd N Fin R CRing x B y B k N m N algSc P k x m V
138 fvexd N Fin R CRing x B y B m N l N algSc P m y l V
139 5 115 116 108 117 15 118 119 126 130 133 136 137 138 mpomatmul N Fin R CRing x B y B i N , j N algSc P i x j C i N , j N algSc P i y j = k N , l N P m N algSc P k x m P algSc P m y l
140 114 139 eqtr4d N Fin R CRing x B y B k N , l N algSc P k x A y l = i N , j N algSc P i x j C i N , j N algSc P i y j
141 2 matring N Fin R Ring A Ring
142 13 141 sylan2 N Fin R CRing A Ring
143 142 anim1i N Fin R CRing x B y B A Ring x B y B
144 3anass A Ring x B y B A Ring x B y B
145 143 144 sylibr N Fin R CRing x B y B A Ring x B y B
146 eqid A = A
147 3 146 ringcl A Ring x B y B x A y B
148 145 147 syl N Fin R CRing x B y B x A y B
149 1 2 3 4 55 mat2pmatval N Fin R Ring x A y B T x A y = k N , l N algSc P k x A y l
150 15 14 148 149 syl3anc N Fin R CRing x B y B T x A y = k N , l N algSc P k x A y l
151 simpl x B y B x B
152 151 anim2i N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing x B
153 df-3an N Fin R CRing x B N Fin R CRing x B
154 152 153 sylibr N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing x B
155 1 2 3 4 55 mat2pmatval N Fin R CRing x B T x = i N , j N algSc P i x j
156 154 155 syl N Fin R CRing x B y B T x = i N , j N algSc P i x j
157 simpr x B y B y B
158 157 anim2i N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing y B
159 df-3an N Fin R CRing y B N Fin R CRing y B
160 158 159 sylibr N Fin R CRing x B y B N Fin R CRing y B
161 1 2 3 4 55 mat2pmatval N Fin R CRing y B T y = i N , j N algSc P i y j
162 160 161 syl N Fin R CRing x B y B T y = i N , j N algSc P i y j
163 156 162 oveq12d N Fin R CRing 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
164 140 150 163 3eqtr4d N Fin R CRing x B y B T x A y = T x C T y
165 164 ralrimivva N Fin R CRing x B y B T x A y = T x C T y