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Theorem 1elcpmat

Description: The identity of the ring of all polynomial matrices over the ring R is a constant polynomial matrix. (Contributed by AV, 16-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses cpmatsrngpmat.s 𝑆 = ( 𝑁 ConstPolyMat 𝑅 )
cpmatsrngpmat.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
cpmatsrngpmat.c 𝐶 = ( 𝑁 Mat 𝑃 )
Assertion 1elcpmat ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r𝐶 ) ∈ 𝑆 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cpmatsrngpmat.s 𝑆 = ( 𝑁 ConstPolyMat 𝑅 )
2 cpmatsrngpmat.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
3 cpmatsrngpmat.c 𝐶 = ( 𝑁 Mat 𝑃 )
4 eqid ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ 𝑅 )
5 eqid ( 1r𝑅 ) = ( 1r𝑅 )
6 4 5 ringidcl ( 𝑅 ∈ Ring → ( 1r𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
7 6 ancli ( 𝑅 ∈ Ring → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 1r𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
8 7 adantl ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 1r𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
9 8 ad2antrl ( ( 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 1r𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
10 eqid ( 0g𝑅 ) = ( 0g𝑅 )
11 eqid ( Base ‘ 𝑃 ) = ( Base ‘ 𝑃 )
12 eqid ( algSc ‘ 𝑃 ) = ( algSc ‘ 𝑃 )
13 4 10 2 11 12 cply1coe0 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 1r𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
14 9 13 syl ( ( 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
15 iftrue ( 𝑖 = 𝑗 → if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) = ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) )
16 15 fveq2d ( 𝑖 = 𝑗 → ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) = ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) )
17 16 fveq1d ( 𝑖 = 𝑗 → ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) )
18 17 eqeq1d ( 𝑖 = 𝑗 → ( ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
19 18 ralbidv ( 𝑖 = 𝑗 → ( ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
20 19 adantr ( ( 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ( ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
21 14 20 mpbird ( ( 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
22 4 10 ring0cl ( 𝑅 ∈ Ring → ( 0g𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
23 22 ancli ( 𝑅 ∈ Ring → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 0g𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
24 23 adantl ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 0g𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
25 4 10 2 11 12 cply1coe0 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 0g𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
26 24 25 syl ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
27 26 ad2antrl ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
28 iffalse ( ¬ 𝑖 = 𝑗 → if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) = ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) )
29 28 adantr ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) = ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) )
30 29 fveq2d ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) = ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) )
31 30 fveq1d ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) )
32 31 eqeq1d ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ( ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
33 32 ralbidv ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ( ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
34 27 33 mpbird ( ( ¬ 𝑖 = 𝑗 ∧ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
35 21 34 pm2.61ian ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
36 35 ralrimivva ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ∀ 𝑖𝑁𝑗𝑁𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
37 simpll ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ Fin )
38 simplr ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → 𝑅 ∈ Ring )
39 simprl ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → 𝑖𝑁 )
40 simprr ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → 𝑗𝑁 )
41 eqid ( 1r𝐶 ) = ( 1r𝐶 )
42 2 3 12 10 5 37 38 39 40 41 pmat1ovscd ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) = if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) )
43 42 fveq2d ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) = ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) )
44 43 fveq1d ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) )
45 44 eqeq1d ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → ( ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
46 45 ralbidv ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ ( 𝑖𝑁𝑗𝑁 ) ) → ( ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ∀ 𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
47 46 2ralbidva ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( ∀ 𝑖𝑁𝑗𝑁𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ↔ ∀ 𝑖𝑁𝑗𝑁𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ if ( 𝑖 = 𝑗 , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 1r𝑅 ) ) , ( ( algSc ‘ 𝑃 ) ‘ ( 0g𝑅 ) ) ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
48 36 47 mpbird ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ∀ 𝑖𝑁𝑗𝑁𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) )
49 2 3 pmatring ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝐶 ∈ Ring )
50 eqid ( Base ‘ 𝐶 ) = ( Base ‘ 𝐶 )
51 50 41 ringidcl ( 𝐶 ∈ Ring → ( 1r𝐶 ) ∈ ( Base ‘ 𝐶 ) )
52 49 51 syl ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r𝐶 ) ∈ ( Base ‘ 𝐶 ) )
53 1 2 3 50 cpmatel ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 1r𝐶 ) ∈ ( Base ‘ 𝐶 ) ) → ( ( 1r𝐶 ) ∈ 𝑆 ↔ ∀ 𝑖𝑁𝑗𝑁𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
54 52 53 mpd3an3 ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( ( 1r𝐶 ) ∈ 𝑆 ↔ ∀ 𝑖𝑁𝑗𝑁𝑛 ∈ ℕ ( ( coe1 ‘ ( 𝑖 ( 1r𝐶 ) 𝑗 ) ) ‘ 𝑛 ) = ( 0g𝑅 ) ) )
55 48 54 mpbird ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r𝐶 ) ∈ 𝑆 )