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Theorem scmatscmiddistr

Description: Distributive law for scalar and ring multiplication for scalar matrices expressed as multiplications of a scalar with the identity matrix. (Contributed by AV, 19-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses scmatscmide.a A = N Mat R
scmatscmide.b B = Base R
scmatscmide.0 0 ˙ = 0 R
scmatscmide.1 1 ˙ = 1 A
scmatscmide.m ˙ = A
scmatscmiddistr.t · ˙ = R
scmatscmiddistr.m × ˙ = A
Assertion scmatscmiddistr N Fin R Ring S B T B S ˙ 1 ˙ × ˙ T ˙ 1 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 scmatscmide.a A = N Mat R
2 scmatscmide.b B = Base R
3 scmatscmide.0 0 ˙ = 0 R
4 scmatscmide.1 1 ˙ = 1 A
5 scmatscmide.m ˙ = A
6 scmatscmiddistr.t · ˙ = R
7 scmatscmiddistr.m × ˙ = A
8 simprl N Fin R Ring S B T B S B
9 eqid Base A = Base A
10 eqid N DMat R = N DMat R
11 1 9 3 10 dmatid N Fin R Ring 1 A N DMat R
12 4 11 eqeltrid N Fin R Ring 1 ˙ N DMat R
13 12 adantr N Fin R Ring S B T B 1 ˙ N DMat R
14 8 13 jca N Fin R Ring S B T B S B 1 ˙ N DMat R
15 2 1 9 5 10 dmatscmcl N Fin R Ring S B 1 ˙ N DMat R S ˙ 1 ˙ N DMat R
16 14 15 syldan N Fin R Ring S B T B S ˙ 1 ˙ N DMat R
17 simprr N Fin R Ring S B T B T B
18 17 13 jca N Fin R Ring S B T B T B 1 ˙ N DMat R
19 2 1 9 5 10 dmatscmcl N Fin R Ring T B 1 ˙ N DMat R T ˙ 1 ˙ N DMat R
20 18 19 syldan N Fin R Ring S B T B T ˙ 1 ˙ N DMat R
21 16 20 jca N Fin R Ring S B T B S ˙ 1 ˙ N DMat R T ˙ 1 ˙ N DMat R
22 7 oveqi S ˙ 1 ˙ × ˙ T ˙ 1 ˙ = S ˙ 1 ˙ A T ˙ 1 ˙
23 1 9 3 10 dmatmul N Fin R Ring S ˙ 1 ˙ N DMat R T ˙ 1 ˙ N DMat R S ˙ 1 ˙ A T ˙ 1 ˙ = i N , j N if i = j i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j 0 ˙
24 22 23 syl5eq N Fin R Ring S ˙ 1 ˙ N DMat R T ˙ 1 ˙ N DMat R S ˙ 1 ˙ × ˙ T ˙ 1 ˙ = i N , j N if i = j i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j 0 ˙
25 21 24 syldan N Fin R Ring S B T B S ˙ 1 ˙ × ˙ T ˙ 1 ˙ = i N , j N if i = j i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j 0 ˙
26 simpll N Fin R Ring S B T B N Fin
27 simplr N Fin R Ring S B T B R Ring
28 26 27 8 3jca N Fin R Ring S B T B N Fin R Ring S B
29 28 3ad2ant1 N Fin R Ring S B T B i N j N N Fin R Ring S B
30 3simpc N Fin R Ring S B T B i N j N i N j N
31 1 2 3 4 5 scmatscmide N Fin R Ring S B i N j N i S ˙ 1 ˙ j = if i = j S 0 ˙
32 29 30 31 syl2anc N Fin R Ring S B T B i N j N i S ˙ 1 ˙ j = if i = j S 0 ˙
33 26 27 17 3jca N Fin R Ring S B T B N Fin R Ring T B
34 33 3ad2ant1 N Fin R Ring S B T B i N j N N Fin R Ring T B
35 1 2 3 4 5 scmatscmide N Fin R Ring T B i N j N i T ˙ 1 ˙ j = if i = j T 0 ˙
36 34 30 35 syl2anc N Fin R Ring S B T B i N j N i T ˙ 1 ˙ j = if i = j T 0 ˙
37 32 36 oveq12d N Fin R Ring S B T B i N j N i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j = if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙
38 37 ifeq1d N Fin R Ring S B T B i N j N if i = j i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j 0 ˙ = if i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ 0 ˙
39 38 mpoeq3dva N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j 0 ˙ = i N , j N if i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ 0 ˙
40 iftrue i = j if i = j S 0 ˙ = S
41 iftrue i = j if i = j T 0 ˙ = T
42 40 41 oveq12d i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ = S R T
43 42 adantl N Fin R Ring S B T B i N j N i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ = S R T
44 43 ifeq1da N Fin R Ring S B T B i N j N if i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ 0 ˙ = if i = j S R T 0 ˙
45 44 mpoeq3dva N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ 0 ˙ = i N , j N if i = j S R T 0 ˙
46 eqidd N Fin R Ring S B T B x N y N i N , j N if i = j S R T 0 ˙ = i N , j N if i = j S R T 0 ˙
47 eqeq12 i = x j = y i = j x = y
48 6 eqcomi R = · ˙
49 48 oveqi S R T = S · ˙ T
50 49 a1i i = x j = y S R T = S · ˙ T
51 47 50 ifbieq1d i = x j = y if i = j S R T 0 ˙ = if x = y S · ˙ T 0 ˙
52 51 adantl N Fin R Ring S B T B x N y N i = x j = y if i = j S R T 0 ˙ = if x = y S · ˙ T 0 ˙
53 simprl N Fin R Ring S B T B x N y N x N
54 simprr N Fin R Ring S B T B x N y N y N
55 ovex S · ˙ T V
56 3 fvexi 0 ˙ V
57 55 56 ifex if x = y S · ˙ T 0 ˙ V
58 57 a1i N Fin R Ring S B T B x N y N if x = y S · ˙ T 0 ˙ V
59 46 52 53 54 58 ovmpod N Fin R Ring S B T B x N y N x i N , j N if i = j S R T 0 ˙ y = if x = y S · ˙ T 0 ˙
60 27 8 17 3jca N Fin R Ring S B T B R Ring S B T B
61 2 6 ringcl R Ring S B T B S · ˙ T B
62 60 61 syl N Fin R Ring S B T B S · ˙ T B
63 26 27 62 3jca N Fin R Ring S B T B N Fin R Ring S · ˙ T B
64 1 2 3 4 5 scmatscmide N Fin R Ring S · ˙ T B x N y N x S · ˙ T ˙ 1 ˙ y = if x = y S · ˙ T 0 ˙
65 63 64 sylan N Fin R Ring S B T B x N y N x S · ˙ T ˙ 1 ˙ y = if x = y S · ˙ T 0 ˙
66 59 65 eqtr4d N Fin R Ring S B T B x N y N x i N , j N if i = j S R T 0 ˙ y = x S · ˙ T ˙ 1 ˙ y
67 66 ralrimivva N Fin R Ring S B T B x N y N x i N , j N if i = j S R T 0 ˙ y = x S · ˙ T ˙ 1 ˙ y
68 eqid R = R
69 2 68 ringcl R Ring S B T B S R T B
70 60 69 syl N Fin R Ring S B T B S R T B
71 2 3 ring0cl R Ring 0 ˙ B
72 71 adantl N Fin R Ring 0 ˙ B
73 72 adantr N Fin R Ring S B T B 0 ˙ B
74 70 73 ifcld N Fin R Ring S B T B if i = j S R T 0 ˙ B
75 74 3ad2ant1 N Fin R Ring S B T B i N j N if i = j S R T 0 ˙ B
76 1 2 9 26 27 75 matbas2d N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j S R T 0 ˙ Base A
77 1 matring N Fin R Ring A Ring
78 9 4 ringidcl A Ring 1 ˙ Base A
79 77 78 syl N Fin R Ring 1 ˙ Base A
80 79 adantr N Fin R Ring S B T B 1 ˙ Base A
81 62 80 jca N Fin R Ring S B T B S · ˙ T B 1 ˙ Base A
82 2 1 9 5 matvscl N Fin R Ring S · ˙ T B 1 ˙ Base A S · ˙ T ˙ 1 ˙ Base A
83 81 82 syldan N Fin R Ring S B T B S · ˙ T ˙ 1 ˙ Base A
84 1 9 eqmat i N , j N if i = j S R T 0 ˙ Base A S · ˙ T ˙ 1 ˙ Base A i N , j N if i = j S R T 0 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙ x N y N x i N , j N if i = j S R T 0 ˙ y = x S · ˙ T ˙ 1 ˙ y
85 76 83 84 syl2anc N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j S R T 0 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙ x N y N x i N , j N if i = j S R T 0 ˙ y = x S · ˙ T ˙ 1 ˙ y
86 67 85 mpbird N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j S R T 0 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙
87 45 86 eqtrd N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j if i = j S 0 ˙ R if i = j T 0 ˙ 0 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙
88 39 87 eqtrd N Fin R Ring S B T B i N , j N if i = j i S ˙ 1 ˙ j R i T ˙ 1 ˙ j 0 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙
89 25 88 eqtrd N Fin R Ring S B T B S ˙ 1 ˙ × ˙ T ˙ 1 ˙ = S · ˙ T ˙ 1 ˙