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Theorem mavmulass

Description: Associativity of the multiplication of two NxN matrices with an N-dimensional vector. (Contributed by AV, 9-Feb-2019) (Revised by AV, 25-Feb-2019) (Proof shortened by AV, 22-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses 1mavmul.a A = N Mat R
1mavmul.b B = Base R
1mavmul.t · ˙ = R maVecMul N N
1mavmul.r φ R Ring
1mavmul.n φ N Fin
1mavmul.y φ Y B N
mavmulass.m × ˙ = R maMul N N N
mavmulass.x φ X Base A
mavmulass.z φ Z Base A
Assertion mavmulass φ X × ˙ Z · ˙ Y = X · ˙ Z · ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1mavmul.a A = N Mat R
2 1mavmul.b B = Base R
3 1mavmul.t · ˙ = R maVecMul N N
4 1mavmul.r φ R Ring
5 1mavmul.n φ N Fin
6 1mavmul.y φ Y B N
7 mavmulass.m × ˙ = R maMul N N N
8 mavmulass.x φ X Base A
9 mavmulass.z φ Z Base A
10 eqid R = R
11 1 2 matbas2 N Fin R Ring B N × N = Base A
12 5 4 11 syl2anc φ B N × N = Base A
13 8 12 eleqtrrd φ X B N × N
14 9 12 eleqtrrd φ Z B N × N
15 2 4 7 5 5 5 13 14 mamucl φ X × ˙ Z B N × N
16 15 12 eleqtrd φ X × ˙ Z Base A
17 1 3 2 10 4 5 16 6 mavmulcl φ X × ˙ Z · ˙ Y B N
18 elmapi X × ˙ Z · ˙ Y B N X × ˙ Z · ˙ Y : N B
19 ffn X × ˙ Z · ˙ Y : N B X × ˙ Z · ˙ Y Fn N
20 17 18 19 3syl φ X × ˙ Z · ˙ Y Fn N
21 1 3 2 10 4 5 9 6 mavmulcl φ Z · ˙ Y B N
22 1 3 2 10 4 5 8 21 mavmulcl φ X · ˙ Z · ˙ Y B N
23 elmapi X · ˙ Z · ˙ Y B N X · ˙ Z · ˙ Y : N B
24 ffn X · ˙ Z · ˙ Y : N B X · ˙ Z · ˙ Y Fn N
25 22 23 24 3syl φ X · ˙ Z · ˙ Y Fn N
26 4 ringcmnd φ R CMnd
27 26 adantr φ i N R CMnd
28 5 adantr φ i N N Fin
29 4 ad2antrr φ i N j N k N R Ring
30 elmapi X B N × N X : N × N B
31 13 30 syl φ X : N × N B
32 31 ad2antrr φ i N j N k N X : N × N B
33 simplr φ i N j N k N i N
34 simprr φ i N j N k N k N
35 32 33 34 fovcdmd φ i N j N k N i X k B
36 elmapi Z B N × N Z : N × N B
37 14 36 syl φ Z : N × N B
38 37 ad2antrr φ i N j N k N Z : N × N B
39 simprl φ i N j N k N j N
40 38 34 39 fovcdmd φ i N j N k N k Z j B
41 elmapi Y B N Y : N B
42 ffvelcdm Y : N B j N Y j B
43 42 ex Y : N B j N Y j B
44 6 41 43 3syl φ j N Y j B
45 44 imp φ j N Y j B
46 45 ad2ant2r φ i N j N k N Y j B
47 2 10 29 40 46 ringcld φ i N j N k N k Z j R Y j B
48 2 10 29 35 47 ringcld φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j B
49 2 27 28 28 48 gsumcom3fi φ i N R j N R k N i X k R k Z j R Y j = R k N R j N i X k R k Z j R Y j
50 4 ad2antrr φ i N j N R Ring
51 5 ad2antrr φ i N j N N Fin
52 13 ad2antrr φ i N j N X B N × N
53 14 ad2antrr φ i N j N Z B N × N
54 simplr φ i N j N i N
55 simpr φ i N j N j N
56 7 2 10 50 51 51 51 52 53 54 55 mamufv φ i N j N i X × ˙ Z j = R k N i X k R k Z j
57 56 oveq1d φ i N j N i X × ˙ Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
58 eqid 0 R = 0 R
59 45 adantlr φ i N j N Y j B
60 4 adantr φ i N R Ring
61 60 ad2antrr φ i N j N k N R Ring
62 31 ad2antrr φ i N k N X : N × N B
63 simplr φ i N k N i N
64 simpr φ i N k N k N
65 62 63 64 fovcdmd φ i N k N i X k B
66 65 adantlr φ i N j N k N i X k B
67 37 adantr φ i N Z : N × N B
68 67 ad2antrr φ i N j N k N Z : N × N B
69 simpr φ i N j N k N k N
70 simplr φ i N j N k N j N
71 68 69 70 fovcdmd φ i N j N k N k Z j B
72 2 10 61 66 71 ringcld φ i N j N k N i X k R k Z j B
73 eqid k N i X k R k Z j = k N i X k R k Z j
74 ovexd φ i N j N k N i X k R k Z j V
75 fvexd φ i N j N 0 R V
76 73 51 74 75 fsuppmptdm φ i N j N finSupp 0 R k N i X k R k Z j
77 2 58 10 50 51 59 72 76 gsummulc1 φ i N j N R k N i X k R k Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
78 2 10 ringass R Ring i X k B k Z j B Y j B i X k R k Z j R Y j = i X k R k Z j R Y j
79 29 35 40 46 78 syl13anc φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j = i X k R k Z j R Y j
80 79 anassrs φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j = i X k R k Z j R Y j
81 80 mpteq2dva φ i N j N k N i X k R k Z j R Y j = k N i X k R k Z j R Y j
82 81 oveq2d φ i N j N R k N i X k R k Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
83 57 77 82 3eqtr2d φ i N j N i X × ˙ Z j R Y j = R k N i X k R k Z j R Y j
84 83 mpteq2dva φ i N j N i X × ˙ Z j R Y j = j N R k N i X k R k Z j R Y j
85 84 oveq2d φ i N R j N i X × ˙ Z j R Y j = R j N R k N i X k R k Z j R Y j
86 4 ad2antrr φ i N k N R Ring
87 5 ad2antrr φ i N k N N Fin
88 9 ad2antrr φ i N k N Z Base A
89 6 ad2antrr φ i N k N Y B N
90 1 3 2 10 86 87 88 89 64 mavmulfv φ i N k N Z · ˙ Y k = R j N k Z j R Y j
91 90 oveq2d φ i N k N i X k R Z · ˙ Y k = i X k R R j N k Z j R Y j
92 60 ad2antrr φ i N k N j N R Ring
93 67 ad2antrr φ i N k N j N Z : N × N B
94 simplr φ i N k N j N k N
95 simpr φ i N k N j N j N
96 93 94 95 fovcdmd φ i N k N j N k Z j B
97 44 ad2antrr φ i N k N j N Y j B
98 97 imp φ i N k N j N Y j B
99 2 10 92 96 98 ringcld φ i N k N j N k Z j R Y j B
100 eqid j N k Z j R Y j = j N k Z j R Y j
101 ovexd φ i N k N j N k Z j R Y j V
102 fvexd φ i N k N 0 R V
103 100 87 101 102 fsuppmptdm φ i N k N finSupp 0 R j N k Z j R Y j
104 2 58 10 86 87 65 99 103 gsummulc2 φ i N k N R j N i X k R k Z j R Y j = i X k R R j N k Z j R Y j
105 91 104 eqtr4d φ i N k N i X k R Z · ˙ Y k = R j N i X k R k Z j R Y j
106 105 mpteq2dva φ i N k N i X k R Z · ˙ Y k = k N R j N i X k R k Z j R Y j
107 106 oveq2d φ i N R k N i X k R Z · ˙ Y k = R k N R j N i X k R k Z j R Y j
108 49 85 107 3eqtr4d φ i N R j N i X × ˙ Z j R Y j = R k N i X k R Z · ˙ Y k
109 16 adantr φ i N X × ˙ Z Base A
110 6 adantr φ i N Y B N
111 simpr φ i N i N
112 1 3 2 10 60 28 109 110 111 mavmulfv φ i N X × ˙ Z · ˙ Y i = R j N i X × ˙ Z j R Y j
113 8 adantr φ i N X Base A
114 21 adantr φ i N Z · ˙ Y B N
115 1 3 2 10 60 28 113 114 111 mavmulfv φ i N X · ˙ Z · ˙ Y i = R k N i X k R Z · ˙ Y k
116 108 112 115 3eqtr4d φ i N X × ˙ Z · ˙ Y i = X · ˙ Z · ˙ Y i
117 20 25 116 eqfnfvd φ X × ˙ Z · ˙ Y = X · ˙ Z · ˙ Y