Metamath Proof Explorer


Theorem chpmatply1

Description: The characteristic polynomial of a (square) matrix over a commutative ring is a polynomial, see also the following remark in Lang, p. 561: "[the characteristic polynomial] is an element of k[t". (Contributed by AV, 2-Aug-2019) (Proof shortened by AV, 29-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses chpmatply1.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ CharPlyMat ๐‘… )
chpmatply1.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
chpmatply1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
chpmatply1.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
chpmatply1.e โŠข ๐ธ = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
Assertion chpmatply1 ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ถ โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ธ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chpmatply1.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ CharPlyMat ๐‘… )
2 chpmatply1.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
3 chpmatply1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
4 chpmatply1.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
5 chpmatply1.e โŠข ๐ธ = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
6 eqid โŠข ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
7 eqid โŠข ( ๐‘ maDet ๐‘ƒ ) = ( ๐‘ maDet ๐‘ƒ )
8 eqid โŠข ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) = ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) )
9 eqid โŠข ( var1 โ€˜ ๐‘… ) = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
10 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) )
11 eqid โŠข ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
12 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) = ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) )
13 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 chpmatval โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ถ โ€˜ ๐‘€ ) = ( ( ๐‘ maDet ๐‘ƒ ) โ€˜ ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
14 4 ply1crng โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CRing )
15 14 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CRing )
16 crngring โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
17 eqid โŠข ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) )
18 2 3 4 6 9 11 8 10 12 17 chmatcl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) )
19 16 18 syl3an2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) )
20 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) = ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) )
21 7 6 20 5 mdetcl โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ CRing โˆง ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ maDet ๐‘ƒ ) โ€˜ ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โˆˆ ๐ธ )
22 15 19 21 syl2anc โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐‘ maDet ๐‘ƒ ) โ€˜ ( ( ( var1 โ€˜ ๐‘… ) ( ยท๐‘  โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( 1r โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ) ( -g โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) ( ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… ) โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โˆˆ ๐ธ )
23 13 22 eqeltrd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ถ โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ ๐ธ )