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Theorem mdetero

Description: The determinant function is multilinear (additive and homogeneous for each row (matrices are given explicitly by their entries). Corollary 4.9 in Lang p. 515. (Contributed by SO, 16-Jul-2018)

Ref Expression
Hypotheses mdetero.d ⊢ D = N maDet R
mdetero.k ⊢ K = Base R
mdetero.p ⊢ + ˙ = + R
mdetero.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
mdetero.r ⊢ φ → R ∈ CRing
mdetero.n ⊢ φ → N ∈ Fin
mdetero.x ⊢ φ ∧ j ∈ N → X ∈ K
mdetero.y ⊢ φ ∧ j ∈ N → Y ∈ K
mdetero.z ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → Z ∈ K
mdetero.w ⊢ φ → W ∈ K
mdetero.i ⊢ φ → I ∈ N
mdetero.j ⊢ φ → J ∈ N
mdetero.ij ⊢ φ → I ≠ J
Assertion mdetero ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X + ˙ W · ˙ Y if i = J Y Z = D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mdetero.d ⊢ D = N maDet R
2 mdetero.k ⊢ K = Base R
3 mdetero.p ⊢ + ˙ = + R
4 mdetero.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
5 mdetero.r ⊢ φ → R ∈ CRing
6 mdetero.n ⊢ φ → N ∈ Fin
7 mdetero.x ⊢ φ ∧ j ∈ N → X ∈ K
8 mdetero.y ⊢ φ ∧ j ∈ N → Y ∈ K
9 mdetero.z ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → Z ∈ K
10 mdetero.w ⊢ φ → W ∈ K
11 mdetero.i ⊢ φ → I ∈ N
12 mdetero.j ⊢ φ → J ∈ N
13 mdetero.ij ⊢ φ → I ≠ J
14 7 3adant2 ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → X ∈ K
15 crngring ⊢ R ∈ CRing → R ∈ Ring
16 5 15 syl ⊢ φ → R ∈ Ring
17 16 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → R ∈ Ring
18 10 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → W ∈ K
19 8 3adant2 ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → Y ∈ K
20 2 4 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ W ∈ K ∧ Y ∈ K → W · ˙ Y ∈ K
21 17 18 19 20 syl3anc ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → W · ˙ Y ∈ K
22 19 9 ifcld ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = J Y Z ∈ K
23 1 2 3 5 6 14 21 22 11 mdetrlin2 ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X + ˙ W · ˙ Y if i = J Y Z = D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z + ˙ D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I W · ˙ Y if i = J Y Z
24 1 2 4 5 6 19 22 10 11 mdetrsca2 ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I W · ˙ Y if i = J Y Z = W · ˙ D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I Y if i = J Y Z
25 eqid ⊢ 0 R = 0 R
26 1 2 25 5 6 8 9 11 12 13 mdetralt2 ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I Y if i = J Y Z = 0 R
27 26 oveq2d ⊢ φ → W · ˙ D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I Y if i = J Y Z = W · ˙ 0 R
28 2 4 25 ringrz ⊢ R ∈ Ring ∧ W ∈ K → W · ˙ 0 R = 0 R
29 16 10 28 syl2anc ⊢ φ → W · ˙ 0 R = 0 R
30 24 27 29 3eqtrd ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I W · ˙ Y if i = J Y Z = 0 R
31 30 oveq2d ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z + ˙ D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I W · ˙ Y if i = J Y Z = D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z + ˙ 0 R
32 ringgrp ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Grp
33 16 32 syl ⊢ φ → R ∈ Grp
34 eqid ⊢ N Mat R = N Mat R
35 eqid ⊢ Base N Mat R = Base N Mat R
36 1 34 35 2 mdetf ⊢ R ∈ CRing → D : Base N Mat R ⟶ K
37 5 36 syl ⊢ φ → D : Base N Mat R ⟶ K
38 14 22 ifcld ⊢ φ ∧ i ∈ N ∧ j ∈ N → if i = I X if i = J Y Z ∈ K
39 34 2 35 6 5 38 matbas2d ⊢ φ → i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z ∈ Base N Mat R
40 37 39 ffvelcdmd ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z ∈ K
41 2 3 25 grprid ⊢ R ∈ Grp ∧ D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z ∈ K → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z + ˙ 0 R = D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z
42 33 40 41 syl2anc ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z + ˙ 0 R = D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z
43 23 31 42 3eqtrd ⊢ φ → D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X + ˙ W · ˙ Y if i = J Y Z = D ⁡ i ∈ N , j ∈ N ⟼ if i = I X if i = J Y Z