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Theorem chpmat1dlem

Description: Lemma for chpmat1d . (Contributed by AV, 7-Aug-2019)

Ref Expression
Hypotheses chpmat1d.c 𝐶 = ( 𝑁 CharPlyMat 𝑅 )
chpmat1d.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
chpmat1d.a 𝐴 = ( 𝑁 Mat 𝑅 )
chpmat1d.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝐴 )
chpmat1d.x 𝑋 = ( var1𝑅 )
chpmat1d.z = ( -g𝑃 )
chpmat1d.s 𝑆 = ( algSc ‘ 𝑃 )
chpmat1dlem.g 𝐺 = ( 𝑁 Mat 𝑃 )
chpmat1dlem.x 𝑇 = ( 𝑁 matToPolyMat 𝑅 )
Assertion chpmat1dlem ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ( -g𝐺 ) ( 𝑇𝑀 ) ) 𝐼 ) = ( 𝑋 ( 𝑆 ‘ ( 𝐼 𝑀 𝐼 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chpmat1d.c 𝐶 = ( 𝑁 CharPlyMat 𝑅 )
2 chpmat1d.p 𝑃 = ( Poly1𝑅 )
3 chpmat1d.a 𝐴 = ( 𝑁 Mat 𝑅 )
4 chpmat1d.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝐴 )
5 chpmat1d.x 𝑋 = ( var1𝑅 )
6 chpmat1d.z = ( -g𝑃 )
7 chpmat1d.s 𝑆 = ( algSc ‘ 𝑃 )
8 chpmat1dlem.g 𝐺 = ( 𝑁 Mat 𝑃 )
9 chpmat1dlem.x 𝑇 = ( 𝑁 matToPolyMat 𝑅 )
10 2 ply1ring ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring )
11 10 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑃 ∈ Ring )
12 snfi { 𝐼 } ∈ Fin
13 eleq1 ( 𝑁 = { 𝐼 } → ( 𝑁 ∈ Fin ↔ { 𝐼 } ∈ Fin ) )
14 12 13 mpbiri ( 𝑁 = { 𝐼 } → 𝑁 ∈ Fin )
15 14 adantr ( ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) → 𝑁 ∈ Fin )
16 10 15 anim12i ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ) → ( 𝑃 ∈ Ring ∧ 𝑁 ∈ Fin ) )
17 16 3adant3 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑃 ∈ Ring ∧ 𝑁 ∈ Fin ) )
18 17 ancomd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring ) )
19 8 matlmod ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring ) → 𝐺 ∈ LMod )
20 18 19 syl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝐺 ∈ LMod )
21 eqid ( Poly1𝑅 ) = ( Poly1𝑅 )
22 eqid ( Base ‘ ( Poly1𝑅 ) ) = ( Base ‘ ( Poly1𝑅 ) )
23 5 21 22 vr1cl ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝑅 ) ) )
24 23 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Poly1𝑅 ) ) )
25 15 3ad2ant2 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑁 ∈ Fin )
26 fvex ( Poly1𝑅 ) ∈ V
27 2 oveq2i ( 𝑁 Mat 𝑃 ) = ( 𝑁 Mat ( Poly1𝑅 ) )
28 8 27 eqtri 𝐺 = ( 𝑁 Mat ( Poly1𝑅 ) )
29 28 matsca2 ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ ( Poly1𝑅 ) ∈ V ) → ( Poly1𝑅 ) = ( Scalar ‘ 𝐺 ) )
30 25 26 29 sylancl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( Poly1𝑅 ) = ( Scalar ‘ 𝐺 ) )
31 30 eqcomd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( Scalar ‘ 𝐺 ) = ( Poly1𝑅 ) )
32 31 fveq2d ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝐺 ) ) = ( Base ‘ ( Poly1𝑅 ) ) )
33 24 32 eleqtrrd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝐺 ) ) )
34 8 matring ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring ) → 𝐺 ∈ Ring )
35 18 34 syl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝐺 ∈ Ring )
36 eqid ( Base ‘ 𝐺 ) = ( Base ‘ 𝐺 )
37 eqid ( 1r𝐺 ) = ( 1r𝐺 )
38 36 37 ringidcl ( 𝐺 ∈ Ring → ( 1r𝐺 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) )
39 35 38 syl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 1r𝐺 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) )
40 20 33 39 3jca ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐺 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝐺 ) ) ∧ ( 1r𝐺 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) ) )
41 eqid ( Scalar ‘ 𝐺 ) = ( Scalar ‘ 𝐺 )
42 eqid ( ·𝑠𝐺 ) = ( ·𝑠𝐺 )
43 eqid ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝐺 ) ) = ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝐺 ) )
44 36 41 42 43 lmodvscl ( ( 𝐺 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝐺 ) ) ∧ ( 1r𝐺 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) ) → ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) )
45 40 44 syl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) )
46 simp1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑅 ∈ Ring )
47 simp3 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑀𝐵 )
48 25 46 47 3jca ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀𝐵 ) )
49 9 3 4 2 8 mat2pmatbas ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑇𝑀 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) )
50 48 49 syl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑇𝑀 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) )
51 snidg ( 𝐼𝑉𝐼 ∈ { 𝐼 } )
52 51 adantl ( ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) → 𝐼 ∈ { 𝐼 } )
53 eleq2 ( 𝑁 = { 𝐼 } → ( 𝐼𝑁𝐼 ∈ { 𝐼 } ) )
54 53 adantr ( ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) → ( 𝐼𝑁𝐼 ∈ { 𝐼 } ) )
55 52 54 mpbird ( ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) → 𝐼𝑁 )
56 id ( 𝐼𝑁𝐼𝑁 )
57 55 56 jccir ( ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) → ( 𝐼𝑁𝐼𝑁 ) )
58 57 3ad2ant2 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼𝑁𝐼𝑁 ) )
59 eqid ( -g𝐺 ) = ( -g𝐺 )
60 8 36 59 6 matsubgcell ( ( 𝑃 ∈ Ring ∧ ( ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) ∧ ( 𝑇𝑀 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) ) ∧ ( 𝐼𝑁𝐼𝑁 ) ) → ( 𝐼 ( ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ( -g𝐺 ) ( 𝑇𝑀 ) ) 𝐼 ) = ( ( 𝐼 ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) 𝐼 ) ( 𝐼 ( 𝑇𝑀 ) 𝐼 ) ) )
61 11 45 50 58 60 syl121anc ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ( -g𝐺 ) ( 𝑇𝑀 ) ) 𝐼 ) = ( ( 𝐼 ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) 𝐼 ) ( 𝐼 ( 𝑇𝑀 ) 𝐼 ) ) )
62 eqid ( Base ‘ 𝑃 ) = ( Base ‘ 𝑃 )
63 5 2 62 vr1cl ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑋 ∈ ( Base ‘ 𝑃 ) )
64 63 3ad2ant1 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝑋 ∈ ( Base ‘ 𝑃 ) )
65 eqid ( .r𝑃 ) = ( .r𝑃 )
66 8 36 62 42 65 matvscacell ( ( 𝑃 ∈ Ring ∧ ( 𝑋 ∈ ( Base ‘ 𝑃 ) ∧ ( 1r𝐺 ) ∈ ( Base ‘ 𝐺 ) ) ∧ ( 𝐼𝑁𝐼𝑁 ) ) → ( 𝐼 ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) 𝐼 ) = ( 𝑋 ( .r𝑃 ) ( 𝐼 ( 1r𝐺 ) 𝐼 ) ) )
67 11 64 39 58 66 syl121anc ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) 𝐼 ) = ( 𝑋 ( .r𝑃 ) ( 𝐼 ( 1r𝐺 ) 𝐼 ) ) )
68 eqid ( 1r𝑃 ) = ( 1r𝑃 )
69 eqid ( 0g𝑃 ) = ( 0g𝑃 )
70 55 3ad2ant2 ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝐼𝑁 )
71 8 68 69 25 11 70 70 37 mat1ov ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( 1r𝐺 ) 𝐼 ) = if ( 𝐼 = 𝐼 , ( 1r𝑃 ) , ( 0g𝑃 ) ) )
72 eqidd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → 𝐼 = 𝐼 )
73 72 iftrued ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → if ( 𝐼 = 𝐼 , ( 1r𝑃 ) , ( 0g𝑃 ) ) = ( 1r𝑃 ) )
74 71 73 eqtrd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( 1r𝐺 ) 𝐼 ) = ( 1r𝑃 ) )
75 74 oveq2d ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑋 ( .r𝑃 ) ( 𝐼 ( 1r𝐺 ) 𝐼 ) ) = ( 𝑋 ( .r𝑃 ) ( 1r𝑃 ) ) )
76 62 65 68 ringridm ( ( 𝑃 ∈ Ring ∧ 𝑋 ∈ ( Base ‘ 𝑃 ) ) → ( 𝑋 ( .r𝑃 ) ( 1r𝑃 ) ) = 𝑋 )
77 11 64 76 syl2anc ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝑋 ( .r𝑃 ) ( 1r𝑃 ) ) = 𝑋 )
78 67 75 77 3eqtrd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) 𝐼 ) = 𝑋 )
79 9 3 4 2 7 mat2pmatvalel ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀𝐵 ) ∧ ( 𝐼𝑁𝐼𝑁 ) ) → ( 𝐼 ( 𝑇𝑀 ) 𝐼 ) = ( 𝑆 ‘ ( 𝐼 𝑀 𝐼 ) ) )
80 48 58 79 syl2anc ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( 𝑇𝑀 ) 𝐼 ) = ( 𝑆 ‘ ( 𝐼 𝑀 𝐼 ) ) )
81 78 80 oveq12d ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( ( 𝐼 ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) 𝐼 ) ( 𝐼 ( 𝑇𝑀 ) 𝐼 ) ) = ( 𝑋 ( 𝑆 ‘ ( 𝐼 𝑀 𝐼 ) ) ) )
82 61 81 eqtrd ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁 = { 𝐼 } ∧ 𝐼𝑉 ) ∧ 𝑀𝐵 ) → ( 𝐼 ( ( 𝑋 ( ·𝑠𝐺 ) ( 1r𝐺 ) ) ( -g𝐺 ) ( 𝑇𝑀 ) ) 𝐼 ) = ( 𝑋 ( 𝑆 ‘ ( 𝐼 𝑀 𝐼 ) ) ) )