Metamath Proof Explorer


Theorem cayhamlem2

Description: Lemma for cayhamlem3 . (Contributed by AV, 24-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses cayhamlem2.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘… )
cayhamlem2.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
cayhamlem2.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
cayhamlem2.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐ด )
cayhamlem2.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด )
cayhamlem2.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) )
cayhamlem2.r โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐ด )
Assertion cayhamlem2 ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ) = ( ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— 1 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cayhamlem2.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘… )
2 cayhamlem2.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
3 cayhamlem2.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
4 cayhamlem2.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐ด )
5 cayhamlem2.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด )
6 cayhamlem2.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) )
7 cayhamlem2.r โŠข ยท = ( .r โ€˜ ๐ด )
8 elmapi โŠข ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โ†’ ๐ป : โ„•0 โŸถ ๐พ )
9 8 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ๐พ )
10 9 adantl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ๐พ )
11 2 matsca2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐ด ) )
12 11 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐ด ) )
13 12 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) )
14 1 13 eqtr2id โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) = ๐พ )
15 14 eleq2d โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) โ†” ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ๐พ ) )
16 15 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) โ†” ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ๐พ ) )
17 10 16 mpbird โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) )
18 eqid โŠข ( algSc โ€˜ ๐ด ) = ( algSc โ€˜ ๐ด )
19 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ด ) = ( Scalar โ€˜ ๐ด )
20 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) )
21 18 19 20 5 4 asclval โŠข ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ( algSc โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) ) = ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— 1 ) )
22 17 21 syl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( algSc โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) ) = ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— 1 ) )
23 22 eqcomd โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— 1 ) = ( ( algSc โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) ) )
24 23 oveq2d โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— 1 ) ) = ( ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( ( algSc โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) ) ) )
25 2 matassa โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐ด โˆˆ AssAlg )
26 25 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐ด โˆˆ AssAlg )
27 26 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ AssAlg )
28 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) = ( mulGrp โ€˜ ๐ด )
29 28 3 mgpbas โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) )
30 crngring โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
31 30 anim2i โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
32 31 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
33 2 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
34 28 ringmgp โŠข ( ๐ด โˆˆ Ring โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) โˆˆ Mnd )
35 32 33 34 3syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) โˆˆ Mnd )
36 35 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐ด ) โˆˆ Mnd )
37 simprr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐ฟ โˆˆ โ„•0 )
38 simpl3 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ๐ต )
39 29 6 36 37 38 mulgnn0cld โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ต )
40 18 19 20 3 7 5 asclmul2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( ( algSc โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) ) ) = ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
41 27 17 39 40 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( ( algSc โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) ) ) = ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
42 24 41 eqtr2d โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ป โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐ฟ โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ) = ( ( ๐ฟ โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( ( ๐ป โ€˜ ๐ฟ ) โˆ— 1 ) ) )